星载相控阵GNSS-R测高系统设计与实验

星载GNSS-R测高系统采用多波束相控阵天线和干涉互相关处理方式,接收北斗导航卫星和GPS导航卫星发射的L波段导航直射信号与海面反射信号,进行海面高度探测。详细介绍GNSS-R测高系统设计与实现、集成和外场试验等,外场试验不仅验证了相控阵GNSS-R测高系统功能,更重要的是验证了核心软件算法的正确性。GNSS-R测高系统适用于中尺度海洋现象的观测,可在时间和空间尺度上扩展雷达高度计的观测能力,并与之相互补充,有利于对复杂海面的中尺度结构进行较高时间分辨率的观测。GNSS-R测高仪为星载高精度海面高度探测提供了新型载荷。     

星载双面多波束相控阵GNSS-R海洋微波遥感器设计

为实现对多个海面区域覆盖,对星载全球导航定位系统反射信号(GNSS-R)海洋微波遥感器设计进行了研究。遥感器采用层叠式双面多波束高增益相控阵天线,通过在轨镜面反射点快速搜索和波束调度,接收北斗或GPS系统发射的直射信号和海面反射信号,经原始信号采样、时延多普勒相关功率计算等处理,为全球海面风场反演和海面高度测量提供高时效微波遥感数据。给出了系统指标和组成、工作模式,以及星载层叠式双面多波束相控阵天线、星载镜面反射点预测和星载GNSS-R高精度海面测高等关键技术及实现途径。仿真和计算结果表明:系统测高精度22cm,可满足系统指标要求。实际测高精度待飞行试验验证。     

一种星载GNSS-R海面风向反演方法

针对目前海面风场反演中风向反演困难，准确性低的问题，提出一种利用深度网络反演海面风向的新方法，该方法采用星载GNSS-R信号作为遥感源，根据海面反射信号特性与风向相关关系选择反演观测量，建立海面风向反演的深度网络模型。引入ReLU函数作为网络激活函数，并基于遗传算法(GA)优化了网络模型，对输入数据进行时空匹配与归一化处理，通过机器学习建立风向与输入变量的对应关系，利用深度网络模型反演得到海面风向，该方法反演结果的均方根误差εRMSE=18.14°，满足海面风向测量精度均方误差小于20°的一般测量要求，并通过两组对比试验验证了该方法的有效性和鲁棒性。     

基于最优梯度法的MPPT全数字控制仿真

为满足深空探测和低轨大功率航天器等特定电源需求、适应未来空间电源智能化管理的发展趋势,文章提出一种基于最优梯度法的最大功率点跟踪(MPPT)全数字控制方法,克服了采用硬件电路增量电导法因参数漂移而导致峰值功率跟踪精度不高的缺点。介绍了基于最优梯度法的MPPT算法的数字实现逻辑,并在Matlab/simulink软件中搭建了太阳电池阵MPPT控制的电源系统仿真模型,在模拟两种不同的太阳电池阵特性曲线突变的条件下,对所提出的MPPT控制策略进行了仿真,仿真结果验证了控制策略的准确度和有效性。     

GPS接收机的自主完善性监测算法研究

完善性监测是 GPS接收机研制过程中的重要技术问题之一 ,其功能是在接收机不能用于导航服务时向用户提供告警信息。文中对基于最小二乘残差法的 GPS接收机自主完善性监测 (RAIM)算法进行分析与研究 ,并给出了检测门限的求解方法 ,最后对将该算法应用于 GPS/GL ONASS组合接收机时存在的问题进行了探讨。这一算法在某型号接收机的相关实验中取得了较好的效果。     

基于FY-3C星微波成像仪毫米波通道的海面大风算法研究

对基于FY-3C星微波成像仪(MWRI)毫米波通道的海面大风算法进行了研究。根据在中国海域观测到的海面后向热辐射数据,认为联合多个毫米波通道分析方法可利于海面大风反演。对中低风速(0~15m/s)下D-矩阵算法进行修正,给出了适于MWRI的海面风速反演新模型。与浮标数据拟合结果表明:FY-3B,C星MWRI均方差(RMS)分别为1.24,1.18m/s。用带泡沫散射层的双尺度随机粗糙面的复合模型计算后向热发射。考虑各通道频率、灵敏度和定标精度等因素,用回归分析法分析了各通道热辐射特性随海面风速变化的不同响应特性,建立了适于FY-3C星MWRI的大风风速反演模型。中低风速模型和大风速模型反演的全球海面风速分布结果表明:中低风速精度标准差1.2m/s;反演大风数据和海岛固定浮标数据有一致性,模型的实际应用效果较好,可为我国沿海的大风监测和预警提供保障。     

GNSS-R有效波高反演方法研究

研究基于GNSS-R测量有效波高的方法及技术原理,给出一种利用反射信号的信噪比反演有效波高的方法。方法根据海面粗糙度对反射信号信噪比的影响,建立有效波高反演模型。实验结果表明,反演有效波高数据的均方根误差是0.2431m。与传统的干涉复数场反演方法相比,文中反演方法模型简单,计算量少,能够用较短的时间反演出更精确的结果,具有一定的实用价值。     

陆海交界区与运动目标复合散射的矩量法研究

为了满足陆海交界区域上方雷达目标检测、识别和分类等的需要，对陆海交界区域表面与上方运动目标复合散射特性进行了研究。采用Monte Carlo方法结合皮尔森-莫斯科维茨(pierson-moskowitz，PM)海谱、Texel-Marsen-Arlose(TMA)海谱与指数功率谱分别生成深水海域海面、有限深海域海面和海岸地貌表面，参照国际无线电咨询委员会推荐的介质反射系数图表模拟海水与海岸的介电常数，运用矩量法计算了陆海交界区域表面与其上方运动圆形截面柱的复合散射系数，得出了复合散射系数的角分布曲线，分析了圆形截面柱分别在深水海域海面、有限深海域海面与海岸地貌表面横向平移、纵向平移对复合散射系数的影响，同时还分析了圆形截面柱分别移动至海岸地貌表面、有限深海域海面、深水海域海面对复合散射系数的影响。数值计算结果表明，复合散射系数随散射角振荡的变化，圆形截面柱在海岸地貌表面与深水海域海面上方的纵向平移对复合散射系数影响较为显著，而圆形截面柱在有限深海域海面上方的移动对复合散射系数的影响比较复杂，且当圆形截面柱沿陆海交界区域表面移动时，复合散射系数会受到较大的影响。     

配点法和网格细化技术用于非光滑轨迹优化

针对非光滑轨迹优化问题,采用局部配点法开发出通用的轨迹优化方法（考虑NLP的规范化处理、稀疏特性和数值微分算法等）,从细化效率、易用性和适应性等角度对基于数据压缩原理的网格细化技术进行改进,发展出通用的非光滑轨迹优化方法。采用典型的非光滑轨迹优化算例对方法进行了验证,结果表明：(1) 所述方法能够以较少的离散节点高精度、快速求解非光滑轨迹优化问题,在轨迹变化平坦区域采用较稀的网格,在轨迹变化剧烈区域加密网格;(2) 采用控制变量作为网格细化函数能够捕捉到状态变量的剧烈变化特性;(3) 采用局部配点法优化轨迹时,在非光滑区域应该加密网格而不宜分段优化。     

基于粒子群算法的相控阵海浪波谱仪天线增益校正方法

相控阵海浪波谱仪是一个Ku波段真实孔径雷达,通过在小入射角下照射海面,接收海面回波功率,并去除雷达EIRP (Effective Isotropically Radiated Power,等效全向辐射功率)、天线方向图、系统损耗等雷达自身的影响因子,获取海面三维信息。这些影响因子可以在微波暗室中测量,其中EIRP、系统损耗可认为是常数量,但是,天线方向图是与入射角、方位角相关的三维变量,测量受到暗室系统精度的限制,并且,相控阵海浪波谱仪最小处理单元是雷达照亮的圆环形条带,照射的过程即是对该环形条带中的变量进行二维积分,成为一个随入射角变化的后向散射系数剖线,因此,天线方向图的微小误差,都会对海面后向散射系数剖线形状产生显著影响,出现“凹现象”问题。针对该问题,本文基于粒子群算法进行了积分天线增益的校正工作,利用机载飞行试验数据进行了算法验证,通过与同步观测浮标海浪测量结果比对,表明本算法可有效改善“凹现象”,使回波数据有效率提升了12%,为业务化的波浪谱生产提供了技术支撑。     

Reconstructing Sound Speed Profiles with Sea Surface Data

Ocean sound speed profile(SSP) is the key factor affecting acoustic propagation. The acquisition of SSPsin real time with high precision is meaningful for underwater activities. By means of the remote sensing method, thesea surface data could be obtained in near-real time. Typically, the subsurface fields are correlated with the sea surfaceparameters. Thus, the SSPs could be obtained by means of satellite remote sensing. In this paper, the history as wellas the current research over the reconstruction of subsurface fields by means of sea surface data is introduced. Thentwo methods to reconstruct the SSPs with sea surface data, including the linear regression method using the empiricalorthogonal function, and the self-organizing method based on the big data theory, are described in detail in the paper.     

SMOS与Aquarius卫星海表盐度测量方法及数据的对比分析

国际上发射的海表盐度遥感卫星主要有2颗:欧洲的SMOS和美国的Aquarius卫星,为给后续海表盐度遥感提供参考借鉴,对比分析了这2颗卫星的遥感器载荷、数据处理算法和盐度数据。遥感器载荷方面,SMOS采用L波段二维综合孔径辐射计,而Aquarius采用L波段实孔径辐射计加散射计;数据处理算法方面,分析了二者在介电常数模型、海面粗糙度校正以及反演算法方面的差异;盐度数据方面,分析了SMOS与Aquarius盐度数据之间的相关程度,并分别与ISAS(In Situ Analysis System)浮标盐度数据作对比,分析了2颗卫星的盐度数据精度。将2颗卫星的盐度遥感数据与ISAS浮标盐度数据对比发现,在全球范围内,Aquarius盐度测量精度优于SMOS;但在开阔海域,SMOS盐度测量精度优于Aquarius;而在近海岸区域,均出现较大的误差,且SMOS数据误差更大。     

基于多源卫星融合资料的中国近海海洋锋检测研究

海洋锋是海洋动力学中重要的研究对象.目前主要利用卫星遥感海面温度数据分析海洋锋.由于夏季中国近海海域海面温度趋同特性,无法利用海面温度数据分析海洋锋,而卫星遥感海色数据可以有效弥补海面温度检测海洋锋的不足,提高海洋锋检测的准确性.基于多源卫星融合数据,利用梯度检测算法对中国近海海域进行海洋锋研究,结合海面温度和蓝绿波段...     

环境减灾-1B卫星遥感数据在干旱监测中的应用

以2010-2011年发生在山东省的秋、冬、春三季连旱为例,介绍了环境减灾-1B（HJ-1B）卫星遥感数据在干旱监测中的应用。获取了山东省干旱发展顶峰时段的HJ-1B卫星采集的多光谱和热红外遥感影像,利用ENVI 4.7遥感数据处理平台对山东全省的归一化植被指数和地面温度进行了反演,在此基础上计算了山东全省的植被供水指数,并据此将山东省的干旱情况划分为5级,对该干旱监测结果进行了分析。为了验证结论的可靠性,将干旱监测结果与全国降水距平百分率进行了对比,对比结果表明两者一致性较好。文章提供了HJ-1B卫星遥感数据在干旱监测方面的一个实例,其监测结果为相关减灾部门的救灾工作提供了重要的参考,同时也为HJ-1B卫星遥感数据在干旱监测方面的业务化运营提供了一个通用的方法。     

反射式紫外天基单镜计算成像系统设计

紫外天基成像是目前对太阳观测的主要手段之一。针对紫外天基遥感对成像系统高分辨、轻量化的需求,开展了紫外天基单镜计算成像系统研究,应用“光学镜面设计”与“计算成像”相结合的思路,通过对球面、六次偶次非球面、十次偶次非球面、Q-type面、Zernike多项式面的天基反射镜成像光学系统设计,以及基于傅里叶叠层超分辨的计算成像分析,验证了该设计方法可在波长135 nm紫外光波段实现5.4°圆视场、分辨能力优于0.11 mm的设计指标。反射式六次偶次非球面具备一定的综合优势。     

基于价值评估的卫星遥感数据迁移方法探讨

如何对存储的数据进行迁移是采用分级存储结构的卫星遥感数据存储系统的关键技术之一。文章提出了一种基于价值评估的卫星遥感数据迁移方法。通过建立价值评估的模型获得卫星遥感数据的价值,并以此指导存储系统对数据迁移。通过模拟环境下的试验,结果表明采用此方法能够达到提高系统性能、降低开发成本的效果。     

A Review of Satellite Remote Sensing Monitoring Methods for Sea Surface Oil Spill

Using satellite remote sensing to monitor oil spill on the sea is an advanced means of oil spill monitoring, and it has the characteristics of wide coverage, speediness and real time, synchronization, continuity, and low cost. Hence, accelerating the research on this technology and establishing a satellite remote sensing monitoring mechanism suitable for oil spill emergency situations is of great significance to improve China's oil spill monitoring capability and prevent or reduce the pollution damage caused by oil spill in the marine environment.This paper analyzes and studies the current situation using satellite remote sensing to monitor oil spills at home and abroad. Based on the basic principle of satellite remote sensing, this paper systematically studies the satellite remote sensing monitoring oil spill principles, satellite data processing methods and oil spill information identification, and summarizes an oil spill identification system that can realize oil spill information reproduction. This system provides an important means of support for the handling of oil spill accidents.     

The modular optelectronic multispectral scanner system for spaceborne remote sensing

A multispectral scanner system for spaceborne remote sensing of land and coastal/ocean features is under development for the German Ministry for Research and Technology. The system is based on the use of multilinear detector arrays for visible and infrared spectral bands.The electronically scanning image system MOMS (Modular Optoelectronical Multispectral Scanner) consists of individual spectral channel modules which can be grouped to dedicated mission tasks. Those dedicated tasks are land surface thematic mapping, sea or vegetation monitoring and in a stereo mode conventional photo interpretation and mapping.The basic performance data would allow up to 10,000 pixels per scan line, corresponding to about 20 m resolution at 200 km swath width out of observation satellite altitudes with narrower spectral bands than used on the current systems. High spectral resolution (up to 20 nm) is feasible at medium spatial resolution (～ 60 m).An experimental airborne scanner has been successfully flown in spring 1978. High-resolution modules development in the visible/NIR is under way and will be flight tested in early 1981.