基于BG算法的微波成像仪图像重建技术研究

基于用FY-3气象卫星微波成像仪(MWRI)的有效视场(EFOV),用BG算法对MWRI的空间分辨率重构进行了研究。给出了重建原理,引入折中参数控制分辨率与噪声的比例。对MERI的10.65GHz V通道进行了分辨率重构,在有效扫描角±45°区域内使用重构采样算法,确定重采样分辨率60km、折中参数为1×10-6,并获得了此条件下各探测通道最优重构分辨率及重构后的性能指标。结果表明:MWRI统一探测分辨率60km时,18.7,23.8,36.5,89GHz通道的噪声被大幅抑制,合成足迹的噪声为原始噪声的约10%,插值误差均小于5%,MWRI所有通道可很好地工作于匹配分辨率60km。     

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。     

星载微波辐射计分辨率匹配的平滑参数选择

为了反演获得准确的大气海洋参数,须要将星载微波辐射计分辨率不同的观测亮温进行分辨率统一的重采样处理。结合卫星的相关参数,使用渐削圆形口径和正轴等距投影的方式对星载微波辐射计的天线方向图进行仿真模拟。使用Backus-Gilbert方法对包含地理信息的模拟天线方向图以及AMSR-E真实数据进行观测亮温重采样试验,并分析了调整平滑参数时匹配误差和噪声参数两个关键指标的变化,得出选定的最佳平滑参数是当平滑参数从0向无穷大变化时,首次出现构造天线方向图非负的平滑参数。试验表明,目前常用的固定滤波分辨率匹配方法结果较好且计算效率高,具有一定的应用价值。     

FY-3卫星洪涝灾害监测应用

对利用风云三号(FY-3)卫星数据对洪涝灾害监测进行了研究。给出了用FY-3卫星中分辨率成像仪(MERSI)和可见光红外扫描辐射计(VIRR)对薄云下和薄雾覆盖的水体判识的原理,以及洪涝信息检测中水体最大淹没面积和淹没时间信息的获取方法。给出了用FY-3卫星微波成像仪(MWRI)通过微波指数法反演洪涝信息的方法,可进行连续、全天候的大范围洪涝灾情监测。2011、2016年由其他卫星获得的洪涝水体信息表明:风云卫星的洪涝水体监测精度可达90%以上,甚至优于EOS卫星的MODIS和NOAA卫星的AVHRR的精度。近年来,风云卫星在国内外洪涝灾害等重大灾害监测评估中发挥了重要作用,改变了业务上以国外卫星资料为主进行洪涝灾害监测的局面,同时也提升了FY-3卫星在国际上的地位。展望了我国风云卫星在洪涝监测中的发展方向,指出随着风云卫星遥感技术的不断发展,洪涝灾害监测评估精度将会提高,为洪涝灾害防灾减灾提供更科学准确的决策依据。     

基于深度学习的毫米波和亚毫米波成像仪的图像增强技术

风云四号卫星毫米波和亚毫米波成像仪(MMSI)数据根据采样方式分为过采样和非过采样数据。由于采样方式的影响,非过采样数据在采样过程中会有一定的信息损失。为解决采用简单的线性插值方法做精细化处理时提升精度有限问题,采用基于深度学习的方法增强MMSI亮温图像,设计卷积神经网络重建风云四号卫星MMSI的亮温图像和风云三号卫星微波成像仪亮温图像。实验结果显示:相比传统的双三次插值方法,在风云三号卫星微波成像仪亮温图像样本上峰值信噪比提升了1.13dB,结构相似度提升了0.01。实验结果表明:对于非过采样亮温数据,采用基于深度学习的方法增强图像具有更高的精度,同时可在其他微波探测仪数据中使用,具有很强的普适性。     

中国气象卫星技术成就与展望

概述了我国风云一号(FY-1)极轨气象卫星和风云二号(FY-2)静止气象卫星的发展概况与成就.介绍了即将发射的新一代风云三号(FY-3)极轨气象卫星的主要功能和技术特点,以及配置的10通道可见红外扫描辐射计、26通道红外分光计、20通道中分辨率成像光谱仪、微波辐射计、微波成像仪、紫外臭氧探测仪、地球辐射收支仪和空间环境监测器等仪器的用途.给出了FY-2静止气象卫星的基本任务、主要探测性能和技术特点,以及在研的新一代风云四号(FY-4)静止气象卫星的关键技术和遥感仪器.分析了国外新一代三轴稳定静止气象卫星的发展与栽荷配置.总结了我国气象卫星业务系统的应用和取得的效益.     

基于SAR景象不变特征点的匹配定位技术研究

针对精确制导领域中的SAR景象匹配定位技术中由于实时图与基准图可能存在形变、分辨率不一致,图像旋转及雷达视角变化及噪声的影响下差异较大情况时直接利用基于灰度的规则正交二维信息匹配算法适应性差的问题,将不变特征点匹配方法(Scale Invariant Feature Transform,SIFT)应用到SAR景象匹配中,通过仿真实验取得了满意的效果,试验结果表明SIFT特征是图像的局部特征,其对旋转、尺度缩放、亮度变化保持不变性,对视角变化、噪声也保持一定程度的稳定性,对提高匹配概率和对不同图像的适应性,降低应用风险具有借鉴意义。     

电源噪声与微波振荡器输出杂波的关系研究

在卫星射频系统中，微波振荡器用于产生本地的振荡信号，它需要稳定的直流电源来供电。而在卫星系统中的直流电源往往携带有低频噪声，这些低频噪声通过振荡器的非线性效应被调制到本振频率附近，形成输出杂波。为了研究这些低频噪声对振荡器的影响程度，文章通过实验得到多组电源传导噪声与微波振荡器输出杂波的数据，对所测得的数据进行了分析，寻找到电源端口传导噪声与振荡器输出杂波的对应关系，并通过实验进行验证，得到了符合实验结果的关系式。     

太阳极紫外成像仪光学系统研制

文章针对太阳观测的物理需求,完成了角分辨率优于1″的太阳极紫外成像仪光学系统的研制。该系统采用经典卡塞格林光路结构。使用ZEMAX软件对所设计的光学系统进行分析,结果表明其在视场角±17′内的光斑均位于1个像素(13.5μm×13.5μm)范围内。在光学系统研制完成后,采用一种间接方法来检测光学系统角分辨率:首先利用ZYGO干涉仪检测光学系统的波像差,再根据检测的出瞳面上的波像差结果,计算出光学系统在19.5 nm工作波段的点扩散函数;结果表明,光学系统在视场角±17′的范围内,像素环围能量比均优于80%,在19.5 nm波段的角分辨率优于1″。     

星载高光谱成像仪在轨偏航定标方法

高光谱成像仪以其纳米级光谱分辨率可同时获取地物的图像和光谱信息,辐射定标的精度是其定量化应用的关键环节,而偏航定标降低了对定标场地的选择要求,为高光谱成像仪在轨高频次定标提供了支撑。文章提出一种基于卫星平台90°偏航机动的高光谱成像仪在轨偏航定标方法,包括偏航数据的获取及数据处理、分析方法。基于资源一号02D卫星在轨数据对此方法进行了验证,结果表明:该方法对高光谱成像仪的相对辐射校正具有良好的效果,探测器所有像元相对辐射定标精度可达1%,原始图像中的条纹噪声得到很好去除。文章提出的方法可以实现高光谱成像仪的高频次、全视场相对辐射校正,为后续高光谱数据的定量化应用打下基础。     

低轨道卫星信道特性及高路径解析度Rake接收

基于对考虑多径衰落的城市环境低轨道（LEO）卫星信道特性的分析和建模,对该环境中LEO卫星地面终端采用高路径解析度Rake合并的性能进行了研究。结果表明：此时Rake各分支的输出噪声相关,最大比合并（MRC）为次优,最小均方误差（MMSE）合并方法的性能更优。     

低轨道CDMA卫星下行链路多径信道估计

为改善低轨道（LEO）卫星下行链路中多径时延扩展小于1个码片周期时最大似然信道估计方法因有色噪声影响导致的低信噪比时急速下降的性能。提出用卡尔曼滤波法对最大似然估计输出的估值进行滤波处理。仿真结果表明：当LEO卫星码分多址（CDMA）下行链路存在速率300 b/s的连续导频信号时,用最大似然估计级联卡尔曼滤波器的多径信道估计法能在载噪比40 dB的信噪比条件下具较好的性能。     

双极性压缩观测光谱成像技术研究

压缩传感突破了 Nyquist-Shannon 采样定理的限制,从随机观测的少量测量值中即可高精度地获取图像,给成像设备的设计带来了巨大变革。压缩传感理论证明可以通过重构恢复获得比焦平面阵列分辨率更高的场景图像。尽管在理论上存在巨大优越性,压缩传感成像系统的物理实现需要考虑一些实际问题。文章围绕压缩传感成像设备进行了研究,提出了一种物理可实现的压缩成像方法,该方法利用双通道观测架构实现压缩成像中的双极性观测,解决了压缩成像理论与实际物理约束不一致的问题。采用多路技术和多膜技术实现大视场观测与多次视场观测,该方法可以单次曝光获取充足的观测值来高精度重构原图像。压缩光谱成像数值仿真实验验证了该方法的有效性和鲁棒性。     

超模式斜采样遥感图像超分辨复原方法

超模式斜采样成像技术通过将两排探测器阵列倾斜成像提高相机空间分辨率。由于不满足香农采样定理．图像中出现混叠。为了降低混叠对遥感图像超分辨复原的影响,文章提出了一种结合最佳倒易晶胞的超分辨复原方法。该方法根据超模式斜采样频域对偶网格建立相应的混叠模型．通过权重函数衡量噪声和混叠在频谱中的分布,得到噪声、混叠最小最佳倒易晶胞;并基于Huber—MRF（Markov Random Field）图像先验模型建立了耦合最佳倒易晶胞的MAP（Maximuma Posterior）超分辨复原模型。实验表明,该方法降低了超模式斜采样成像中混叠对复原的影响,获得了良好的超分辨复原效果。     

一种3GHz～4GHz平衡馈电紧缩场双极化馈源设计

文章设计了一种工作在3GHz～4GHz的双极化紧缩场馈源。馈源的辐射部分使用四槽波纹喇叭，馈电部分采用平衡馈电技术实现馈源的双极化。同时，为了改善馈源的匹配和交叉极化特性，采用了一种新的馈电探针结构。结合180。混合网络的测试结果表明，与传统的双极化馈源相比，采用平衡馈电技术的馈源具有等化性良好的方向图、静区照射角内具有较低的幅度与相位锥削、低交叉极化、低旁瓣和后瓣等优良的电气性能，在测试环境要求较高的情况下，可用作高性能紧缩场的馈源。     

基于改进Hausdorff测度和遗传算法的SAR图像与光学图像匹配

提出了一种新的基于边缘的合成孔径雷达（SAR）图像与光学图像匹配算法。在这种算法中，首先针对SAR图像低信噪比（SNR）与乘性噪声模型的固有特性提出了一种边缘特征的提取方法。在获取光学图像与SAR图像边缘图的基础上，根据Hausdorff距离具有强抗干扰能力和容错能力的特点，采用了改进的Hausdorff距离作为相似性测度。在搜索策略上，根据遗传算法的固有的并行性，采用遗传算法来加快搜索的速度。通过大量基于同一地区的光学图像与SAR图像匹配的试验结果表明，这种算法鲁棒性好，匹配精度高，计算速度快。     

窄带实高斯噪声对外差式零拍装置的干扰机理

以外差式CW多普勒引信为例分析了外差式零拍装置提取差频信号的基本原理,把外差式零拍装置在数学层面上抽象为对线性叠加信号求平方后提取低频分量的模型。根据该模型,从理论上证明了：窄带实高斯噪声单独通过外差式零拍装置后输出的低频噪声的带宽将得到加倍,噪声与本振信号相互作用后产生新的噪声分量将使低频噪声功率比无本振信号时得到增加;回波信号加窄带平稳实高斯噪声通过零拍装置后干信比将得到增强,且增强的程度将随本振信号功率的增加而降低。计算机仿真分析的结果验证了上述结论,也正好解释了早期CW引信极易受到频率对准噪声干扰而早炸的实际情况。     

基于循环平稳性的噪声调频干扰高分辨测向方法

根据噪声调频信号循环平稳特性分析,提出了基于阵列接收信号循环均值-空域处理的波达方向(DOA)估计算法。仿真结果表明:该算法的角度估计性能明显高于比幅比相单脉冲测角法,且在高信噪比环境中,该法的估计性能更好、运算量较小。     

基于Contourlet域Krawtchouk矩和改进粒子群的遥感图像匹配

为了进一步提高遥感图像匹配的精度和运算效率,提出了一种利用Contourlet变 换、Krawtchouk矩和改进粒子群的遥感图像匹配算法。在分别对参考图像和目标图像进行Co ntourlet分解的基础上,引入Krawtchouk矩来提取图像的局部特征,并利用改进的带极值扰 动的简化粒子群优化算法对低分辨率的遥感图像进行匹配操作,然后逐级上推,
最终实现全分辨率情况下遥感图像的匹配。实验结果表明,该算法与目前常用的遥感图像匹 配算法相比,不仅具有更高的匹配精度和运算效率,还有较强的鲁棒性。
     

MTF曲面构造方法研究

调制传递函数（modulation transfer function, MTF）是定义在二维频率域空间的实函数,可用一个MTF空间曲面描述,是光学成像系统成像性能的一种重要的评价指标。由于成像系统的二维MTF曲面不能直接测量,需要先测量几个特定方向的一维 MTF曲线,再由曲面构造方法间接获得。对于同样的MTF曲线组,用不同方法构造出的MTF曲面各不相同,因此有必要研究MTF曲面构造方法的有效性。文章对现有构造 MTF 曲面的乘积法和插值法进行分析,提出一种新的旋转插补法,并使用（准）高斯函数和4次多项式函数作为二维MTF曲面的模拟标准,对上述3种方法的有效性和误差分布进行定量分析。实验结果显示,旋转插补法具有更好的适用性。