海表温度对中法海洋卫星散射计测量的影响

卫星散射计通过测量海表粗糙度反演全球海面风场。对于Ku波段散射计，海表粗糙不仅和海面风场相关，还受海表温度的二阶效应调制。定量研究了海表温度对中法海洋卫星（CFOSAT）散射计（CSCAT）反演风速和后向散射测量的影响。结果表明，CSCAT两种极化方式测量的后向散射系数都会受到海表温度的影响，但是垂直极化中低入射角（θ <36°）测量的后向散射系数几乎不随温度变化。因此CSCAT的风速偏差也随海表温度的变化而变化，且随着入射角的增大和风速的减小，海表温度对风速偏差的影响程度增大。在数据分析的基础上提出了一种考虑海表温度影响机制的地球物理模式函数，为未来CFOSAT散射计风场反演的海温校正提供参考。     

中法海洋卫星微波散射计在轨性能验证

中法海洋卫星（CFOSAT）微波散射计是国际上第一个旋转扇形波束体制散射计，通过优化雷达观测几何实现对地面目标多角度和多方位的高精度测量，提高海面风场、土壤湿度和海冰面积等地球物理参数的反演精度.根据CFOSAT卫星2018年10月发射以来的在轨测试数据，结合散射计系统特点，分析验证了星上定标数据和后向散射系数反演结果的正确性，并对CFOSAT首批科学数据进行了定量分析和系统评价.结果表明，CFOSAT散射计在轨工作状态良好，实际性能与设计预期一致，风速测量精度优于1.5m·-1，风向测量精度优于15°，空间分辨率可达12.5km，在近岸风场监测、土壤湿度遥感和海冰面积估计等应用领域具有独特的优势.      

海洋二号卫星微波散射计自然扩展目标在轨定标

海洋二号卫星微波散射计(HY-2 Scatterometer, HY-2 SCAT)是一种旋转扫描笔形波束散射计, 能够对同一观测面元提供4次方位角和入射角的观测组合, 并通过地球物理模型反演海面风场. 为达到设计的风场反演精度, 要求其系统定标精度达到0.5dB. 利用不同区域自然扩展目标对HY-2 SCAT进行在轨外定标, 并与OSCAT散射计在同时期内的测量结果进行了对比. 定标结果显示可以消除因散射计天线指向偏差带来的方位向测量误差. 针对HY-2 SCAT方位向测量偏差进行了误差分析, 利用仿真方法以及海洋二号卫星雷达高度计同期测量数据的反演结果进行比对, 验证了误差来源.      

全极化综合孔径辐射计的极化模式

全极化综合孔径辐射计（Full Polarization Interferometric Radiometer,FPIR）是一套高分辨率、轻量化、低功耗的X波段一维综合孔径微波辐射计.分析了FPIR的极化理论,推导出FPIR的极化可视度函数.为了获取全极化信息,FPIR系统采用两种不同的天线阵列设计方案.对于每种稀疏天线阵列,设计了最优极化切换序列.设计的最优极化序列不仅使灵敏度的损失达到最小,还使得水平极化、垂直极化和交叉极化亮温的灵敏度达到相同水平.      

基于树模型机器学习方法的GNSS-R海面风速反演

GNSS-R是基于GNSS卫星反射信号的一种新技术.GNSS-R技术可以运用到海面风场反演中，传统的GNSS-R技术反演海面风场主要有波形匹配和经验函数两种方法，风速反演精度约为2m·s-1.波形匹配方法耗时多，计算量大；经验函数方法通常只使用少量物理观测量，会造成信息浪费，损失一定的反演精度.为了提高海面风速的反演精度，引入机器学习领域常用的树模型算法决策树、随机森林、GBDT等对海面风速进行预测.利用GNSS-R与ECMWF数据构成训练集和验证集，训练集用于模型学习，验证集用于检验模型的反演效果.实验结果显示，决策树和随机森林预测误差约为0.6m·s-1，GBDT等算法的预测误差约为2m·s-1，满足风速反演要求.与GNSS-R传统反演方法相比，机器学习树模型算法效果更好，在验证集上表现稳定且误差较小.因此，可以将机器学习树模型算法运用到海面风速反演中.      

用标准散射体绝对校正地面散射计

<正> 一、引言在用微波散射计测量目标散射系数σ°时,所测得的数据不仅取决于目标的反向散射特性、而且也与散射计系统的某些参数有关,如机内馈线损耗、接收机增益及带宽、天线波束宽度及增益、调频信号的频谱等参数的不确知或任一改变都会对σ°的测试值带来误差。为准确获得σ°值,就必须对散射计进行校正。校正手段有二种:相对校正(机内校正)和绝对校正(实测校正)。用延迟线进行的机内校正可以消除系统某些参数的慢变化所引起的测试误     

二维分形海面电磁后向散射系数的分析与计算

根据改进的二维分形海面模型推导了一种在不同极化方式下(HH水平极化,VV垂直极化)新的电磁后向散射系数计算方法,对多个海浪波长区域内所有分辨单元后向散射系数进行平均统计.在时域内研究了海水介电常数、电磁波入射角、入射频率以及风速风向对后向散射系数的影响,运用盒维数方法计算了该散射系数的分形维数.最后通过数值分析方法证明了该散射系数实部与虚部曲线是分形的,并且与二维分形海面的分形维数相等,从而表明该海面的雷达回波信号也具有分形特性,为运用分形理论研究海面微弱目标检测提供了一个重要方法.     

基于TechDemoSat-1卫星的GPS反射信号海面高度反演

针对星载GPS反射信号（GPS-R）海面测高的误差问题，基于星载GPS-R实测数据进行星载海面测高模型和误差修正模型的研究，并验证其有效性。利用TechDemoSat-1（TDS-1）数据，使用时延多普勒图（DDM）海面高度反演技术，着重分析了星载GPS-R海面高度反演中的各类误差，并建立了相应的误差模型。对星载GPS-R海面高度反演模型进行优化，采用DTU15全球平均海面模型、DTU全球海潮模型验证反演精度。结果证明:优化后反演模型得到的全球海面高度反演结果的平均绝对误差（MAD）为6.05 m，精度提高了约29%，有效提高了海面高度反演的精度。研究成果对于推广星载GNSS反射信号（GNSS-R）的海面测高应用具有一定的意义。      

航天科工为海洋风场探测提供“精准刻度尺”

正近期,中国航天科工二院203所研制成功国内首套星载全极化微波辐射计真空定标装置。该装置具有全自动、高精度的特点,在定标精度、技术指标等方面已达到了国际先进水平。据悉,传统的微波辐射计,可以测量海面风速,但是不能准确确定风向。而随着全极化微波辐射计的应用,它不仅可以实现对风速、风向的测量,同时还可以获得大气云水含量、水汽含量和     

GNSS极化测量降雨正演模拟与实验对比

研究证明，全球导航卫星系统（GNSS）极化无线电掩星（PRO）技术可以用于探测降雨。利用GPM DPR降雨率数据与PAZ卫星极化相移观测数据匹配，筛选出代表性降雨事件。通过选用TB等7种雨滴形状和MP等5种雨滴谱模型，采用T矩阵法对各事件进行正演，并分析PAZ极化相移的线性校正值、天线相位校正值与正演模拟值之间的关系。对比分析得出线性校正值、相位校正值与模拟值的相关系数分别为0.9994和0.9933，均方根差分别为0.3429和1.2765。模拟值与实测值之间高度相关，且更接近线性校正值。进一步的研究表明，模拟降雨率在1 mm·h–1以下的事件时，雨滴谱采用MP或JD分布，雨滴形状采用SC或PB的模拟精度更高；降雨率在1 mm·h–1以上的事件，雨滴谱采用MP或 SS分布，雨滴形状采用TB的模拟结果最优。      

Sea state parameters retrieval from cross-polarization Gaofen-3 SAR data

Chinese Gaofen-3 (GF-3) synthetic aperture radar (SAR) acquired in wave mode (WV) and quad-polarization stripmap (QPS) mode default operates in quad-polarization (vertical–vertical (VV), vertical-horizontal (VH), horizontal-horizontal (HH) and horizontal-vertical (HV)) modes. To date, more than GF-3 SAR vignettes following about 110 orbits acquired in WV and QPS mode have been recorded during the mission from April 2016 to December 2017. In the vignettes, ocean surface waves signatures, that are wave-look patterns, are visible in cross-polarization (basically VH). These vignettes are collocated with surface sea state parameters simulated from numerical WAVEWATCH-III (WW3) wave model using a 0.1° grid. There are 11,269 matchups available for studying the relation between sea state parameters and SAR-derived parameters in VH-polarization. A well-known empirical CWAVE model, herein renamed as CPCWAVE_GF3, is adopted for sea state parameter retrieval from GF-3 SAR vignettes with the SAR parameters in the cross-polarization channel. The method yielded a significant correlation coefficient (COR) of 0.79 for wave height (SWH) and 0.72 for second-order cross-zero mean wave period (MWP). Validation against 76 moored buoys resulted in a 0.49 m RMSE of SWH with a 0.21 m scatter index (SI) and validation against 71 moored buoys resulted in a 1.01 s RMSE of MWP with a 0.13 s SI. The comparison of SWH with 116 footprints from the altimeter of Jason-2 also shows a 0.46 m RMSE of SWH with a 0.19 m SI. Our work demonstrates the feasibility of wave retrieval from GF-3 SAR using cross-polarization channels parameters.     

基于GMF方法的捕风一号风速反演分析

全球尺度高时空分辨率海面风场探测是当前全球气象研究及预报预测领域的关注热点之一,传统海面风场探测技术存在测量区域有限,且受天气环境限制明显等问题.基于全球导航卫星系统-反射(GNSS-R)测量技术风速反演原理,以捕风一号1级数据产品为输入,欧洲中期天气预报中心再分析风速数据为参考风速,采用地球物理模型函数(GMF)方法...     

利用高频天波返回散射反演台风中心和风速

通过分析高频天波返回散射地（海）杂波频谱分布特性,构建三谱滤波器模型,实现多类型频谱中一阶海杂波峰值比的提取,结果与实测数据吻合较好.基于台风中心与区域一阶海杂波峰值比相关性分析,结合后向差分法,有效确定了台风中心,结果与气象部门发布数据趋势上基本一致,平均绝对误差约38km.使用修正经验模型法初步开展了台风中心最大风速和台风中心附近的风速反演,结果与气象部门发布数据分布基本一致.研究结果表明高频天波返回散射探测对大范围、远距离海态监测具有重要意义.