高精度卫星雷达高度计数据处理技术研究

发布时间：2017-09-08 09:15

  本文关键词：高精度卫星雷达高度计数据处理技术研究

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【摘要】：卫星雷达高度计是一种重要的海洋微波遥感器,它能够测量海面高度、有效波高和海面后向散射系数,其测量数据的进一步反演结果,可以应用于海洋地球物理学、海洋动力学、海洋气候与环境、海冰监测等方面。合成孔径雷达高度计是新一代高精度雷达高度计,它将合成孔径的思想引入到了传统雷达高度计中,在测高精度和分辨率方面都有很大的提高。本文对传统雷达高度计和合成孔径高度计的数据处理技术进行了比对研究和数值仿真,并利用航空校飞数据进行了验证,研究结果验证了合成孔径高度计比传统高度计具有更高的测量精度。在传统雷达高度计方面,本文提出了一种适用于大误指向角的回波模型以及一种计算重跟踪修正表的新方法,并分析了回波重跟踪算法的精度。在合成孔径雷达高度计方面,本文提出了一种新的延迟校正算法,消除了卫星运动导致的残余误差;研究了子视回波与地理位置的匹配和校准方法,给出了Burst之间再次校正的方法;研究了合成孔径模式高度计的回波模型,并分析了合成孔径雷达高度计回波重跟踪的理论精度。本文的主要贡献和创新点有以下几个方面:(1)对传统雷达高度计和合成孔径高度计的数据处理技术进行了比对研究,并利用超级计算机做了系统仿真,同时对航空校飞数据进行了处理,研究结果验证了合成孔径高度计比传统高度计具有更高的测高精度;(2)针对传统雷达高度计,提出了一个能够适应大范围天线误指向角的新的回波模型,解决了已有模型存在的在大误指向角情况下失效的问题,利用该模型对HY-2A卫星雷达高度计的数据进行了处理,得到了良好的结果;(3)在合成孔径雷达高度计的数据处理中,提出了一种消除延迟校正算法中残余误差的新算法,利用该算法有效的解决了卫星运动带来的残余误差。(4)在合成孔径雷达高度计的数据处理中,研究了子视回波与地理位置的匹配和校准方法,提出了在Burst之间再次校正的方法。
【关键词】：雷达高度计 合成孔径 延迟校正 回波模型 重跟踪 系统仿真
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN958
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-17
• 第一章 绪论17-26
• 1.1 引言17-18
• 1.2 雷达高度计的应用18
• 1.3 雷达高度计的发展18-23
• 1.3.1 传统雷达高度计的发展18-21
• 1.3.2 合成孔径雷达高度计的发展21-22
• 1.3.3 宽刈幅成像雷达高度计22-23
• 1.3.4 毫米波雷达高度计23
• 1.4 论文主要内容及章节安排23-26
• 第二章 雷达高度计的系统构成及信号的统计特性26-34
• 2.1 引言26
• 2.2 高度计测高的基本概念26-27
• 2.3 高度计的脉冲压缩和全去斜技术27-28
• 2.4 高度计的回波信号28-32
• 2.4.1 高度计系统基本结构和回波信号的形成28-29
• 2.4.2 回波信号的统计特性29-31
• 2.4.3 回波信号中包含的海面参数31-32
• 2.5 小结32-34
• 第三章 传统高度计回波模型及重跟踪技术34-63
• 3.1 引言34-35
• 3.2 高度计的回波模型35-42
• 3.2.1 三项卷积模型35-36
• 3.2.2 回波模型的一阶指数近似及天线误指向角的影响36-38
• 3.2.3 适用于天线大误指向角的近似模型38-42
• 3.3 回波重跟踪算法42-53
• 3.3.1 最大似然算法42-45
• 3.3.2 最小二乘算法45-50
• 3.3.3 最小二乘算法精度的分析50-53
• 3.4 重跟踪结果的修正53-57
• 3.4.1 点目标响应对重跟踪结果的影响53-54
• 3.4.2 平坦海面脉冲响应函数的影响54
• 3.4.3 查找表的制作方法54-57
• 3.5 HY-2A卫星雷达高度计的数据处理结果57-61
• 3.5.1 偏斜度系数的确定57-58
• 3.5.2 天线误指向角较小时的数据处理结果58-59
• 3.5.3 天线误指向角较大时的数据处理结果59-61
• 3.6 小结61-63
• 第四章 合成孔径雷达高度计的信号处理技术及精度分析63-96
• 4.1 引言63
• 4.2 合成孔径雷达高度计的基本理念63-65
• 4.3 合成孔径雷达高度计的延迟校正算法65-74
• 4.3.1 延迟校正算法的目的65-67
• 4.3.2 水平速度和垂直速度的影响67-69
• 4.3.3 Raney算法和SAMOSA算法69-70
• 4.3.4 改进的延迟校正算法70-74
• 4.4 延迟校正算法仿真比较74-79
• 4.4.1 点目标仿真74-76
• 4.4.2 面目标回波信号仿真76-79
• 4.5 多视配准——Burst之间的延迟校正79-82
• 4.5.1 Burst之间距离校正的必要性80-81
• 4.5.2 Burst之间距离校正算法81-82
• 4.6 合成孔径雷达高度计的回波模型82-86
• 4.7 重跟踪算法86-92
• 4.7.1 最小二乘算法86-87
• 4.7.2 最小二乘算法的精度87-92
• 4.8 传统雷达高度计与合成孔径雷达高度计跟踪精度的比较92-94
• 4.9 小结94-96
• 第五章 雷达高度计系统仿真及数据处理96-116
• 5.1 引言96
• 5.2 仿真环境96-97
• 5.3 海面的仿真97-101
• 5.3.1 海面仿真模型97-100
• 5.3.2 海面网格分辨率的划分100-101
• 5.4 回波信号模型101-103
• 5.5 系统参数与信号时序103-106
• 5.5.1 雷达高度计系统仿真的关键参数103-104
• 5.5.2 从发射信号到接收信号的延时104-105
• 5.5.3 传统模式下的时序105
• 5.5.4 合成孔径模式下的时序105-106
• 5.6 传统模式下仿真回波的处理结果106-110
• 5.7 合成孔径模式下仿真回波的处理结果110-114
• 5.8 传统模式和合成孔径模式的仿真精度比较114
• 5.9 小结114-116
• 第六章 雷达高度计机载校飞数据处理116-145
• 6.1 引言116
• 6.2 校飞试验执行情况简介116-117
• 6.3 系统参数117-118
• 6.4 机载情况下的理论测量精度分析118-122
• 6.4.1 传统模式的理论精度118-119
• 6.4.2 合成孔径模式的理论精度119-120
• 6.4.3 传统模式和合成孔径模式的理论精度比较120-122
• 6.5 根据海洋模型计算得到SSH122
• 6.6 校飞试验数据处理122-144
• 6.6.1 辅助数据122-124
• 6.6.2 传统模式下的波形重跟踪结果124-125
• 6.6.3 合成孔径模式下延迟校正前后的回波数据及波形重跟踪结果125-126
• 6.6.4 处理得到的SSH比较126-132
• 6.6.5 处理得到的SWH及浮标测量数据的比较132-139
• 6.6.6 处理得到的б~6比较139-144
• 6.6.7 SAR模式和传统模式的精度比较总结144
• 6.7 小结144-145
• 第七章 论文总结与展望145-148
• 7.1 主要完成的工作145-146
• 7.2 本文的创新点146-147
• 7.3 论文的不足及将来的工作147-148
• 参考文献148-156
• 发表文章156-157
• 致谢157

【参考文献】

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本文编号：813161