本文選題：散射計(jì) + 方位向高分辨率　； 參考：《中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心》2017年博士論文

【摘要】：微波散射計(jì)具有觀測(cè)刈幅寬、全球覆蓋周期短、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn),正逐漸成為陸地定量遙感的最佳選擇。由于散射計(jì)最初主要針對(duì)空間分辨率要求不高的海面風(fēng)場(chǎng)測(cè)量,因此對(duì)于空間分辨率要求較高的陸地參數(shù)觀測(cè)存在一定的局限性。針對(duì)這一問(wèn)題,論文開(kāi)展了基于高密度采樣的散射計(jì)高分辨率處理方法的研究。雖然前人已經(jīng)對(duì)星載微波散射計(jì)高分辨率處理開(kāi)展了初步的研究,但尚缺少系統(tǒng)、完整性的研究工作,特別是針對(duì)散射計(jì)分辨率提高以及輻射精度保持的相關(guān)研究還很少。因此,論文采用由理論建模、模型求解,以及解的定量評(píng)價(jià)層層遞進(jìn)的研究路線開(kāi)展了星載掃描微波散射計(jì)方位向高分辨率處理方法的系統(tǒng)研究,具體內(nèi)容如下:首先,以微波散射計(jì)后向散射模型為基礎(chǔ),參考孔徑函數(shù)采樣與重建理論,建立基于高密度采樣的散射計(jì)后向散射系數(shù)(σ~0)重建模型。在此基礎(chǔ)上,綜合考慮散射計(jì)實(shí)際處理過(guò)程,提出基于條帶σ~0測(cè)量的方位向一維高分辨率處理模型。該模型將重建模型的二維問(wèn)題簡(jiǎn)化為一維問(wèn)題,一方面提高了運(yùn)算效率,另一方面為散射計(jì)高分辨率處理算法的研究奠定了基礎(chǔ)。其次,對(duì)高分辨率處理算法進(jìn)行了研究,指出散射計(jì)方位向高分辨率處理的本質(zhì)是消除空間響應(yīng)函數(shù)對(duì)地面σ~0的加權(quán)作用,屬于反卷積高分辨率重建問(wèn)題。重點(diǎn)分析線性逆問(wèn)題求解的病態(tài)性,并引入規(guī)整化方法來(lái)緩解該病態(tài)性,同時(shí)在該方法框架下,提出一種改進(jìn)的適應(yīng)性規(guī)整化算法。另外,搭建了DPS散射計(jì)0s高分辨率重建仿真模型,對(duì)比分析多種算法性能,結(jié)果顯示改進(jìn)的適應(yīng)性規(guī)整化算法具有同L1算法相似的分辨率提高特性,且重建準(zhǔn)確度明顯優(yōu)于L1算法。再次,對(duì)已有的散射計(jì)圖像重建算法(AART、MART和SIR)開(kāi)展定量分析,提出利用局部脈沖響應(yīng)函數(shù)和歸一化標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算分辨率和重建精度的定量評(píng)價(jià)方法。借此討論了多個(gè)參數(shù)(測(cè)量誤差Kp、SRF波束寬度、SRF函數(shù)類型以及地面σ~0)對(duì)散射計(jì)圖像重建算法空間分辨率和重建精度的影響規(guī)律,得到了散射計(jì)圖像重建算法的分辨率與重建精度折中關(guān)系曲線。研究結(jié)果表明:三種散射計(jì)圖像重建算法均不能實(shí)現(xiàn)DPS散射計(jì)2~5 km的重建分辨率要求;AART算法勉強(qiáng)可實(shí)現(xiàn)5 km的分辨率,但重建精度過(guò)低;SIR算法具有較高的重建精度,但所能達(dá)到的最優(yōu)分辨率遠(yuǎn)低于5 km。最后,開(kāi)展規(guī)整化反卷積高分辨率處理算法的分辨率和σ~0重建誤差特性定量研究�；谏⑸溆�(jì)測(cè)量特點(diǎn),通過(guò)引入與算法重建分辨率相同的系統(tǒng)無(wú)噪測(cè)量結(jié)果作為重建σ~0的真值,提出一種新的σ~0重建準(zhǔn)確度與精度評(píng)價(jià)模型。通過(guò)分析規(guī)整化反卷積算法的空間分辨率與重建誤差的定量關(guān)系,得到了算法空間分辨率分別與σ~0重建準(zhǔn)確度/精度的定量關(guān)系。研究結(jié)果表明:在同時(shí)滿足σ~0重建分辨率2~5 km及重建精度優(yōu)于0.5 d B的條件下,Tikhonov規(guī)整化反卷積高分辨率重建算法在測(cè)量誤差Kp=7%,Kp=10%和Kp=12%時(shí)所能獲得的最佳分辨率分別為3 km、4 km和5 km。通過(guò)以上研究,對(duì)散射計(jì)高分辨率處理模型的建立、處理算法的對(duì)比分析、算法分辨率和處理精度的定量評(píng)價(jià)等進(jìn)行了深入、系統(tǒng)的研究,建立了一套完整的散射計(jì)方位向高分辨率處理研究體系,推進(jìn)了現(xiàn)有星載微波散射計(jì)高分辨率處理技術(shù)的發(fā)展,且為DPS散射計(jì)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理提供了理論支撐。
[Abstract]:The microwave scatterometer has the advantages of observation and mowing width, short global coverage cycle and high measurement precision, which is becoming the best choice for land quantitative remote sensing. Because the scatterometer is mainly focused on the low spatial resolution of the sea surface wind field measurement at first, there are some limitations for the high land parameter observation for spatial resolution. In order to solve this problem, a high resolution processing method based on high density sampling is carried out. Although the predecessors have studied the high resolution processing of the spaceborne microwave scatterometer, there is no system and integrity research, especially for the enhancement of the resolution of the scatterometer and the preservation of the accuracy of the radiometer. Therefore, a systematic study of the azimuthal high-resolution processing method of spaceborne scanning microwave scattermeter is carried out by using theoretical modeling, model solving and quantitative evaluation of the solution. The specific contents are as follows: first, the reference aperture function is based on the backscatter model of the microwave scatterometer. The backscatter coefficient (sigma ~0) reconstruction model of the scatterometer based on high density sampling is established. On this basis, considering the actual processing process of the scatterometer, the azimuthal high resolution processing model based on the strip Sigma ~0 measurement is proposed. The model simplifies the two dimensional problem of the heavy modeling to one dimension problem, and improves one aspect. On the other hand, it lays the foundation for the study of the high resolution processing algorithm of the scatterometer. Secondly, the high resolution processing algorithm is studied. It is pointed out that the essence of the azimuth direction to high resolution processing is to eliminate the weighting of the spatial response function to the ground Sigma ~0, and it is the problem of the high resolution reconstruction of the deconvolution. The ill conditioned linear inverse problem is solved, and the normalization method is introduced to alleviate the morbid condition. At the same time, an improved adaptive regularization algorithm is proposed under the framework of the method. In addition, the DPS scatterometer 0s high resolution reconstruction simulation model is built, and the performance of a variety of algorithms is compared and analyzed. The results show that the improved adaptive regularization algorithm is available. Similar to the L1 algorithm, the resolution is improved, and the accuracy of the reconstruction is obviously better than that of the L1 algorithm. Thirdly, the quantitative analysis of the existing image reconstruction algorithm (AART, MART and SIR) is carried out, and a quantitative evaluation method is proposed to calculate the resolution and the reconstruction precision by using the local impulse response function and the normalized standard deviation. The influence of the number (measurement error Kp, SRF beam width, SRF function type and ground Sigma ~0) on the spatial resolution and reconstruction precision of the reconstructing algorithm of the scatterometer is obtained. The relation curve between the resolution and the reconstruction accuracy of the scatterometer image reconstruction algorithm is obtained. The results show that all the three scatterometer image reconstruction algorithms can not achieve the DPS dispersion. The resolution of the reconstruction of 2~5 km is required; the AART algorithm can barely achieve the resolution of 5 km, but the reconstruction precision is too low; the SIR algorithm has a high reconstruction precision, but the optimal resolution can be far lower than 5 km.. The resolution of the normalized deconvolution high resolution processing algorithm and the Sigma ~0 reconstruction error characteristics are quantitatively studied. By introducing the non noise measurement results of the system with the same resolution as the algorithm to reconstruct the true value of the sigma ~0, a new evaluation model for the accuracy and accuracy of the sigma ~0 reconstruction is proposed. By analyzing the quantitative relation between the spatial resolution and the reconstruction error of the regularized deconvolution algorithm, the spatial resolution and the sigma of the algorithm are obtained. The quantitative relationship between the accuracy / accuracy of ~0 reconstruction shows that, under the condition that the resolution 2~5 km and the reconstruction precision are better than 0.5 D B at the same time, the best resolution of the Tikhonov regularized deconvolution high resolution reconstruction algorithm is 3 km, 4 km and 5, respectively, when the measurement error Kp=7% is Kp=7%, and the Kp=10% and Kp=12% respectively. Research on the establishment of the high resolution processing model of the scatterometer, the contrast analysis of the processing algorithm, the resolution of the algorithm and the quantitative evaluation of the processing precision and so on. A complete set of research system for the azimuth high resolution processing of the scatterometer has been established, and the high resolution processing technology of the existing spaceborne microwave scatterometer has been promoted. It provides theoretical support for parameter design and data processing of DPS scatterometer.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：P407.7

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本文編號(hào)：1928394