行星大气1~3000GHz微波-亚毫米波辐射模拟

为模拟行星大气在微波elax-elax亚毫米波波段的辐射传输特性,利用逐线积分方法计算行星大气中各气体成分在1~3000GHz的吸收系数.基于HITRAN数据库中各气体分子的跃迁频率及线强等参数,有效模拟了各气体分子在此频段内的吸收特征,并与常用的微波elax-elax亚毫米波大气辐射传输模式进行对比.分析地球大气的组成及特性,利用辐射传输方程模拟临边探测方式下不同频段的大气辐射亮温.研究结果可为后续地球乃至行星大气成分探测模拟、频带选择以及大气成分廓线反演提供模型及理论依据.      

基于氧气A波段临近空间大气温度反演的贝叶斯与最小二乘法对比

基于氧气A波段的临边辐射模拟数据进行临近空间大气温度廓线的反演，分析比较了贝叶斯和最小二乘两种不同反演算法的特点.80km以下，信噪比为66～337时:基于贝叶斯理论反演的三条谱线761.59，762.2，764.05nm的反演误差平均值分别为5.52，3.94，4.73K；采用最小二乘法的反演误差平均值分别为10.57，7.04，8.80K.信噪比为6～34时:基于贝叶斯理论反演的三条谱线的反演误差平均值分别为18.27，12.18，18.27K；采用最小二乘法的反演误差平均值分别为103.18，68.79，85.98K.研究结果表明，基于贝叶斯理论的反演方法，利用先验信息对反演结果进行约束和修正，在有噪声的情况下获得了更合理的解，从而提高了反演精度和抗干扰能力.这为星载探测临近空间大气温度的算法研究和开发提供了参考，也为提高光谱仪器信噪比并进而提高温度反演精度提供了理论基础.      

外弹道测量中速度修正新方法──辐射计法

介绍了外弹道测量中精度较高的速度修正新方法──辐射计法。其速度（距离变化率）误差是利用与距离误差△Ｒ之间的关系得到,而△Ｒ由微波辐射计在电波传播路径上直接测量大气辐射亮度温度得到。由于用微波辐射计得到的距离误差△Ｒ的标准差一般比常用的折射率预报法和射线描迹法降低１／３到２／３,所以利用本方法得到的距离变化率误差精度也必会比常用方法高,而且辐射计法可在任何方位角和仰角上进行实时修正。     

飓风天气下机载SFMR与星载微波遥感海面风速的对比分析

飓风天气下多种探测技术提供的海面风速的一致性备受关注。飓风侦察机搭载的步进频率微波辐射计(SFMR)提供的海面高风速数据是海面风速最主要的现场观测数据源。本文旨在分析SFMR风速与星载微波散射计(C波段欧洲MetOp系列卫星散射计ASCAT,Ku波段中法海洋卫星散射计CSCAT和中国HY-2系列卫星散射计HSCAT)和微波辐射计(SMAP和SMOS)遥感风速的一致性。通过分析SFMR风速随空间尺度变化的关系,进而提出了SFMR与散射计和辐射计数据进行时空匹配的方法。结果表明,高风速(>15 m·s^–1)辐射计比散射计风速与SFMR风速的一致性更好,风速高于25 m·s^–1时Ku波段散射计风速趋于饱和。高风速下降雨也是影响散射计风速误差的重要因素,但依赖于风速的误差显著高于降雨影响带来的误差。基于SFMR数据进一步揭示了星载微波散射计和辐射计提供海面风速的误差特征,为遥感数据应用提供参考。     

瑞利激光雷达反演中层大气温度算法

瑞利激光雷达是探测中层大气温度的重要设备,具有高时空分辨率且不存在探测盲区的优点.为充分利用激光雷达探测到的原始数据,改进了传统的Chanin-Haunchecorne方法,采用由均匀搜索生成温度初值的方式反演大气温度.位于北京延庆（40.3°N,116.2°E）的瑞利激光雷达具有589nm和532nm两个通道,将589nm通道用于计算,532nm通道作为参考.在150~250K区间等间隔选取多个温度初值,利用589nm通道反演60~70km高度范围内的大气温度廓线和大气密度廓线,利用参考密度廓线选取准确的温度初值,反演得到准确的大气温度廓线.将589nm通道和532nm通道反演的温度廓线相比较,发现二者具有较高的一致性.改进后的方法有效利用了信噪比较差的光信号,使589nm通道的温度探测上限从60km提高到70km.      

八毫米无源跟踪式全功率遥感辐射计的研制和校准

本文讨论了一种适用于研究地面物体的微波辐射特性和对运动目标进行跟踪制导或自动成像系统的八毫米波段无源全功率式遥感辐射计的研制和设计。该辐射计的增益稳定性可以得到显著改善,其灵敏度可以大大得到提高,致使可以与以往常用的各种型式的迪克(DICKE)开关式辐射计相媲美。辐射计的可测亮度温度的动态范围在300K至20K之间。当辐射计系统终端积分时间常数为1.5毫秒时,输出噪声起伏的均方根值优于1.3K。同时,它还具有设计简单、体积小、重量轻、成本低、易于全集成化、坚固可靠等优点,这是其它型式的辐射计所不能及的。最后介绍了我们研制和设计的八毫米无源跟踪式全功率遥感辐射计的主要技术指标的测量结果和用液氮冷却低温标准噪声源的校准定标方法。大量的测量结果数据是通过辐射计终端配备的微型计算机来进行数据收集和处理的。     

利用青海湖对FY—1C、FY—2B气象卫星热红外通道进行在轨辐射定标

介绍利用青海湖辐射校正场对FY－1C、FY2B气象卫星热红外通道进行在轨辐射定标，先用CE312野外热红外辐射计在水面测量水表辐亮度，再经大气订正传递到卫星入瞳处，大气订正包括大气吸收削弱和大气产生热发射影响，这两部分对卫星信号的贡献通过辐射传输模式MODTRAN37计算出来，同时进行CE312与卫星通道光谱响应匹配，最终得到卫星入瞳处的表观辐亮度，这个辐亮度与卫星通道的计数值得到该通道绝对定标系数。我们对两颗卫星进行了多次定标，结果表明利用青海湖进行的在轨定标与星上定标系数相差5％左右，相当于3K的亮温差。     

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     

基于月球的吉林一号卫星在轨辐射定标研究

为了使吉林一号卫星遥感数据得到更好的应用,利用月球为辐射源对吉林一号光谱卫星进行了在轨绝对辐射定标研究,以对实验室定标系数进行改进。考虑到定标系数具有时效性,将观测数据按时间分组后定标,利用ROLO模型计算卫星观测时刻月球辐照度,构建ROLO模型值与卫星观测值之间的关系并进行最小二乘拟合,从而获得19个谱段的两组定标系数。最后,将定标结果与吉林一号场地定标、高分四号卫星和SeaWiFS月球观测数据进行对比验证。结果表明：对月定标结果稳定,两组定标系数线性拟合的不确定度分别为1.72%和1.24%;在光谱形状上,利用月球定标后月球光谱曲线平滑,光谱形状与月球辐射特性一致,与场地定标相比,各波段相对大小在定性上得到极大改善;在绝对辐射值上,定标结果与高分四号卫星月球辐照度平均相对误差为8.1%,与SeaWiFS两个波段的平均误差为0.90%和7.42%。本研究说明月球定标是卫星在轨辐射定标及真实性检验的有效途径。     

Diviner红外温度与嫦娥卫星微波探测仪月表亮温的比较分析

提出使用高分辨率的Diviner辐射计红外温度作为月壤热传导的边界输入条件,使得月壤物理温度廓线的模拟更接近月表真实情况. 利用Diviner物理温度廓线模拟的微波亮温与嫦娥二号卫星微波探测仪（CELMS2）的实测亮温匹配,来分析CELMS2数据的有效性和稳定性,为月壤微波特性的反演奠定基础. 以哥白尼坑区域为例,对比分析了Diviner辐射计红外通道温度与CELMS1实测微波亮温的变化趋势. 选择月球虹湾地区内一位置点（45.1°-45.5°N,33.1°-33.5°W）,分析了CELMS2在该位置点内5个月球时刻的亮温数据. 通过对实测亮温与模拟亮温在经纬度和太阳高度角的匹配分析得到,在高频微波通道内两者的相关性达到96%以上,表明嫦娥二号微波探测仪亮温数据具有较高的稳定性,可以为月壤特性反演研究提供可靠数据来源.      

多波段微波辐射计现场定标方法研究

海洋多频段微波辐射计（Oceanic Multiband Microwave Radiometer,OMMR）是一台五频段十通道微波辐射计. 作为中国HY-2卫星扫描微波辐射计定标和检验的现场测试设备,其不但要连续稳定运行一年,而且要在数据质量和精度等方面满足更高定标要求. 根据OMMR定标原理,对其在实验室和现场的测试结果进行研究,分析了OMMR在平台的工作情况并对数据质量进行评价.      

Estimation of sea surface temperature, wind speed and water vapor with microwave radiometer data based on simulated annealing

A method for estimation of sea surface temperature, ocean wind speed and water vapor with microwave radiometer data based on simulated annealing is proposed. The proposed method shows about 60% improvement of sea surface temperature estimation accuracy in comparison to the existing method using Newton’s iterative algorithm.     

微波和THz频段用于遥感标准的研发

美国国家标准和技术研究院(NIST)电磁部噪声规划提出了遥感应用例如卫星气象观测中的微波亮温度标准的研发。这个标准以现有波导系统电磁噪声基准为基础,与亮温度即辐射有关,借助一个特性很好的天线实现。热校准目标作为基准的补充,采用冗余测量的方式,用于检验或者减小不确定度。做过的26 GHz的初步测量表明所提出标准的可行性,同样太赫兹(THz)频率的研究也在进行中。对于THz噪声,用一个加热的目标作为噪声标准,虽然我们没有这么高频率的噪声基准。这个标准将与THz辐射计一起使用。辐射计基于一个接收机,该接收机采用了一个热电子测辐射热混频器,并被准光学适配器耦合到辐射中去。希望年底能够用这套系统进行THz噪声测量。     

HY-2卫星定标检验场多波段微波辐射计系统设计

Oceanic Multiband Microwave Radiometer（OMMR）是针对中国HY-2卫星扫描微波辐射计的定标和检验而设计的五频段十通道微波辐射计. 由于工作环境恶劣以及仪器长期稳定连续360°观测的需求,使其研制具有较大挑战. 本文重点介绍该微波辐射计的系统构成、技术指标设计与实现,阐述了系统指标测试和定标过程. 测试结果表明其满足设计要求.      

中国星载微波辐射计地面定标技术的研究进展

综述了中国微波辐射计地面定标技术的发展历程和研究成果。详细介绍了中国风云三号气象卫星热真空定标总体技术方案,以及近期在微波波段宽带定标源优化设计和研制、发射率测量技术、实验室定标与热真空定标方法及亮温传递系统不确定度分析方面取得的研究成果。对未来需要开展研究的定标技术做了初步分析。     

用于辐射计定标源发射率测量的标定方法

针对用于风云系列卫星有效载荷微波辐射计的地面定标的定标源的双站测量系统进行建模,引入与待测的有限大周期方锥阵列定标源结构一致的锥形阵列金属标定体(标定锥),取代常规的标定金属平板(标定板).通过基于三维时域有限差分(FDTD,Finite-Difference Time-Domain)算法和等效时谐场外推理论的仿真,结果显示标定锥具有与定标源相似的散射分布特性,并通过基于天线近场耦合理论的分析,标定锥与定标源具有相近的天线耦合功率密度分布,因此,用标定锥作为标定体可有效地消减由天线口面带来的近场天线耦合的误差.对于文中给定的定标源模型,在不考虑收发天线直接耦合的条件下,采用标定锥取代标定板进行标定可以将定标源发射率的测量精度提高一个数量级.      

A new algorithm on increasing the sensitivity of microwave radiometer based on nonlinear prediction

Currently, microwave radiometer, which has been one of the most important remote sensors in the land, ocean or atmosphere remote sensing, has played a vital role in space exploration such as the lunar exploration in China. As a passive remote sensor, microwave radiometer receives the noise resembling signals that are generated by microwave radiation while mixed with the systemic noise of the receiver. Therefore, it is the significant subject that how to improve the sensitivity of microwave radiometer that people devotes to study. And on the system noise reduction lies the key. So far, except through choosing low noise element to the receiver, there is no effective alternative to remove the influence of the systemic noise on output uncertainty of microwave radiometer. However, for the purpose of providing or inspiring solution to this problem, this paper inquires into the application of nonlinear predictive method in predication the systemic noise of microwave radiometer. As the substance of the method, neural network shows its function on reducing the systemic noise effectively by estimating and predicating it. Because neural network can improve the estimated precision when estimating the systemic noise, after the noise passes through filter, certain random characters are lost while determinacy are presented to some extent. In fact, the more narrow filter band is, the smaller predictive error will be. The results are of assistance in understanding the intrinsic quality of the systemic noise and offer a new way for improving property of microwave radiometer.     

基于三维Saab变换的高光谱图像压缩方法

高光谱图像中存储了丰富的光谱信息,具有极大的应用价值,但现有大部分高光谱图像压缩方法难以同时兼顾图像中的空间冗余与谱间冗余,导致压缩性能受到局限。针对该问题,提出了一种基于三维修正偏置的子空间(Saab)变换的高光谱图像压缩方法。采用三维Saab变换对高光谱图像的分块进行空间光谱信息融合的降维操作,同时去除谱间冗余和局部空间冗余;利用高效率视频编码(HEVC)中的帧内编码模块进一步去除空间冗余和统计冗余;实现低失真、高比率的高光谱图像压缩。在多个高光谱图像数据集上的实验结果表明,所提方法在同码率下重建图像的信噪比(SNR)比采用主成分分析(PCA)降维的方法至少提高0.62 dB,在高码率的情况下性能优于张量分解的压缩方法。同时,验证了不同降维方法对分类任务的性能影响,结果表明,所提方法更好地保留了图像中的重要特征,在低码率的情况下仍可以保持较高的分类精度。      

增益对星载微波辐射计系统线性度的影响分析

针对星载微波辐射计中检波器的工作特性进行分析. 观测固定目标时, 通过调节AGC (Automatic Gain Control)的大小, 定量分析系统伏安特性曲线, 对星载微波辐射计系统线性度进行定性分析. 结果表明, 通过调节AGC大小, 系统增益发生变化, 导致检波器工作区间发生微弱变化, 通过两点定标不能完全消除由于增益引起的非线性误差. 对一定亮温范围的观测目标进行分析, 结果证明, AGC变化时反算亮温与实际目标亮温差值随观测亮温的变化而成非线性变化. 从而证明, 系统增益变化导致的亮温变化通过两点线性定标并不能完全消除. 在系统正常工作或实时定标过程中, 要尽量避免调节AGC值, 保证微波辐射计系统工作在线性区间.