基于HY-2高度计数据,采用局部线性回归非参数估计方法,利用球谐核函数及局部可调带宽,对70和71周期的交叉点进行海况偏差非参数估计。依据解释方差、海况偏差与有效波高及风速的相关度和模型残差分析,检验评价模型。与相同数据集下的参数模型估计结果进行了分析比对,结果表明:所选定的非参数模型的海况偏差与有效波高和风速的相关度均处于较高水平,说明模型更为有效。在不同纬度段,非参数模型和参数模型各有所长,在北半球高纬度区域,非参数模型表现更优。

为了研究海面风场对海表盐度反演结果的影响,需要构建准确的海面风场影响下的海表亮温模型。将不同海面粗糙度模型计算的结果与Aquarius盐度计卫星产品中的海面粗糙度数据进行了比较,结果表明双尺度模型结合海面泡沫模型的计算结果与Aquarius卫星产品粗糙度数据一致性最好。基于此构建了海面风场影响下的海面亮温仿真模型以及双极化通道的盐度反演模型,研究了海面风场对L波段海面微波辐射特性的影响以及风场资料误差对盐度反演精度的影响。仿真结果表明,2 m/s的风速误差对盐度反演结果的影响较大。在低温和大风速条件下达到1 psu以上,尚不能满足目前盐度遥感的精度要求。20°的风向误差对在中小入射角条件下对盐度反演结果影响较小,对盐度遥感的月平均要求影响不大。

为提高天气雷达定量估测暴雨雨量的能力,利用一条沿X波段天气雷达径向的微波链路获得路径总衰减,使用改进的最小残差法,对一次暴雨过程中衰减系数(k)与X波段天气雷达反射率因子(Z)关系k=aZb中的系数a、b进行了计算,同时实现了相应径向反射率因子的衰减订正。实验结果表明,最优系数a的平均值为5.2×10^-5,标准差为2.9×10^-5,b的平均值为1.068,标准差为0.118。与已有文献相关结论相比,系数a值较小,而系数b值较大。联合微波链路对雷达相应径向实施衰减订正,可以有效避免常规逐库订正方法中不稳定问题,订正结果合理,订正后雨强估计结果更加接近雨量计实测值。所得结论可供天气雷达反射率因子衰减订正和定量估测暴雨雨量时参考应用。

针对用传统的参数模型进行海况偏差估计存在较大误差的问题,提出一种分段建模的方法来改进对海况偏差的估计。根据全球范围内有效波高和风速的纬度方向分布,确定以20°为分段间隔,将全球划分为6个纬度区间。基于Jason\|2高度计数据,根据泰勒展开,以有效波高和风速为变量,在各纬度区间分别构建海况偏差估计参数模型。用解释方差、拟合度和残差评价检验模型,并与传统参数模型的估计结果以及Jason-2高度计GDR中非参数估计结果进行了比对,结果表明:纬度分段参数模型的估计结果较之传统方法在各纬度区间均有提升,在低纬度区域尤为明显。在保证参数模型优势的同时达到了与非参数方法相当的估计精度。说明本文所建纬度分段参数模型能够有效提高全球范围内海况偏差的估计精度以及海表面高度的校正水平。


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首先获取覆盖浙江省近海215景长时间序列多模式ASAR Level 1B数据,对获取的ASAR数据进行几何校正、辐射定标、极化比转化、噪声剔除后,将所有的影像统一重采样得到1 km×1 km分辨单元的后向散射系数影像,尝试利用CCMP风向作为SAR风速反演地球物理模式函数的风向初始场,对比目前国际上最常用的3种模式函数CMOD4、CMOD\|IFR2和CMOD5的风速反演效果,将反演得到风速分别与CCMP插值风速和现场观测气象站点的风速进行对比,结果表明CCMP风向数据可作为SAR风速反演的风向初始场,其中结合CMOD4模式函数能够得到较高精度的反演风速,由于CCMP数据有效时间长、覆盖范围广、易于获取,因此联合CCMP风向有利于SAR近海风场反演的业务化应用。

基于第三代海浪(谱)模式WAVEWATCH Ⅲ,采用NCEP/QuikSCAT混合风场作为模式输入,进行了东中国海、太平洋东岸以及太平洋中部夏威夷附近海域的海浪数值模拟。在东中国海,模拟有效波高与浮标的参考值有较高的相关系数,波高的均方根误差约为0.5 m;在太平洋东岸和夏威夷附近海域,模拟有效波高比浮标的参考值普遍偏低,不同月份波高的均方根误差在0.4~1.2 m之间,但模拟波高与浮标的参考值仍有较强的相关性。结果表明利用WAVEWATCH Ⅲ结合NCEP/QuikSCAT混合风场模拟东中国海的波高是可行的,但要模拟太平洋中、东部开阔深水海域的波高仍需考虑如涌浪、海流等非风场因素。

为了提高星载雷达高度计海面风速产品的精度并更好地修正海况偏差的影响,有必要对高度计测量的后向散射系数进行定标。分布目标是星载雷达散射系数定标的有效手段,而沙漠的散射特性特别适于高度计的散射系数定标。检验了Jason-2卫星高度计的沙漠回波波形,在澳大利亚辛普森沙漠和我国的塔克拉玛干沙漠选取了适当的区域,收集了在这些区域长达7 a的Jason-2高度计数据。基于这些数据,研究了Jason-2卫星雷达高度计在沙漠上的散射系数特性,并提出了基于沙漠的散射系数定标方法,分析了其原理、可行性和试验方案,探讨了高度计和现场定标散射计足迹匹配等关键技术,并对其定标误差进行了分析,论证了沙漠定标场可实现优于0.5 dB的定标精度。该方法有助于进一步提升海洋2号(HY-2A)卫星风速和海况偏差产品的质量和应用前景。

如何从空间目标序列性二维(2-D,Two-Dimentional)逆合成孔径雷达(ISAR,Inverse Synthetic Aperture Radar)成像获取目标的三维(3-D)信息,是目标特征自动识别(ATR,Automatic Target Recognition)技术的重要研究课题。利用双向射线跟踪(BART,Bidirectional Analytic Ray Tracing)方法,计算连续多角度观测条件下空间目标的电磁散射数据,并由此获取空间目标的ISAR序列2-D图像。再利用KLT(Kanade-Lucas-Tomasi)特征跟踪算法,跟踪提取2\|D序列ISAR图像中的特征点(强散射点),获得其2-D坐标。然后,基于正交因式分解法(OFM,Orthographic Factorization Method),计算强散射点的3\|D坐标,获取空间目标的3-D信息。通过简单六棱柱模型,验证重构算法的精度；并以ENVISAT卫星模型为例,给出强散射点的3-D重构结果。结果表明,本文对空间目标3\|D信息获取方法能有效地从ISAR序列2-D图像中重构目标的三维信息。

一种新的利用散射计(ERS1/2)数据反演有效波高和平均周期的模式被提出。 通过俄罗斯学者利用浮标数据建立完全成长风浪条件下有效波高与风速之间的关系,与匹配浮标观测的有效波高数据对比,区分完全成长风浪、成长风浪和涌浪3种海况下的匹配数据;利用BP神经网络建立模式反演3种海况下的有效波高,均方根误差分别为0.53、0.57和0.86 m,反演平均周期均方根误差分别为0.69、1.04和1.36 s。这种反演方法在完全成长风浪海况下最好,依次是成长风浪和涌浪海况。该研究为散射计数据反演波浪参数提供了依据,使大面积反演波浪参数成为可能。

利用卫星雷达高度计开展高精度近海高度测量面临诸多问题,重构受污染的近海回波波形,建立近海测高基准是实现高精度近海高度测量的重要基础。介绍一种利用有源定标器重建卫星雷达高度计近海测高基准的方法,以HY\|2卫星雷达高度计为例,分别分析了离岸距离大于20 km、离岸距离小于2 km及离岸距离处于2 ~20 km之间处近海地区雷达高度计回波波形受影响情况,并从理论上推导了该方法建立近海测高基准的精度。在2012年7月5日唐山近海地区HY\|2高度计在轨定标试验中,首次观测到近海地区有源定标器转发高度计信号的回波波形,结果表明:利用有源定标器重建卫星雷达高度计近海测高基准的方法可行,该方法将有助于提高近海测高精度。
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长时间序列的对地观测数据集在研究地球环境变化及趋势分析中具有十分重要的意义。而目前的对地观测卫星寿命很少有到数十年或者几十年以上。因而,通过对具有重叠观测并且具有相近配置的传感器之间进行交叉校正获得连续的对地观测数据就显得十分必要。由于不同传感器之间系统配置以及定标过程不同等,即使同时同地的观测值也可能会有一些差异。AMSR\|E和AMSR2具有极其接近的物理配置,为了获得长时间序列的地表参数数据集,选取该传感器2013~2014年一年期18.7 GHz和36.5 GHz陆面观测数据进行对比来确定观测值之间的差异,并建立了针对两传感器在这两个频率之间基于像元观测的线性转换模型。对比发现这两个通道的观测值之间的相关性在0.98以上,两传感器同时同地亮温观测值有2~6 k的差距,这些差异在地表参数反演及长时间序列数据集的建立中应予以关注。
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20世纪90年代以来,卫星高度计在监测海平面变化、海洋环流、区域海面地形、气候变化等方面做出了巨大的贡献。但是,卫星高度计测量海面高度时都会存在偏差和偏移,需要进行定标。定标的基本原理是在卫星星下点位置处,卫星过境时刻现场测量海面绝对高度值,与卫星高度计的测量值进行对比,得到其偏差和偏移。利用自主设计的GPS浮标测量卫星过境时刻的瞬时绝对海面高度值,分别在山东石岛、海南清澜完成了4次针对HY-2卫星高度计的绝对定标工作。定标结果表明:①在岸基GPS基准站的支持下,使用自制的GPS浮标海面高程测量精度优于50 mm,满足高度计定标检验的需求;②HY-2卫星高度计测量的海面高度测量值随时间产生了漂移,存在系统偏差;③通过使用Jason-2高度计数据对HY\|2的相对定标和使用GPS浮标对其进行的绝对定标结果表明,HY\|2绝对海面高度测量的精度可以达到国际先进水平。