关于微波遥感若干技术及空间遥感方法的研究

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1、关于微波遥感空间遥感方法的研究［摘要］随着微波遥感技术在国民经济发展、环境和灾害监测、资源勘探、科学研究以及军事中应用的不断深入，这一技术•正在经历着前所未有的发展。文章就当前微波遥感发展的若干前沿技术，例如高性能和新型机理、更高频率的开拓、全电磁波综合探测、小型化以及虚拟探测等进行了分析论述,重点介绍了三维成像雷达高度计、干涉式综合孔径微波辐射计以及虚拟探测技术。最后介绍了全球地形测量编队小卫星的设想。［关词］微波遥感;成像高度计;综合孔径微波辐射计;空间虚拟探测;小卫星1前言人类即将进入的21世纪对地球和地球村的居民来说将是一个极为重要的阶段，因为人类在20世纪已创造了前所未有

2、的文明,科学与技术得到空前的高速发展。在航天、能源、新资源及信息技术等方面取得了日新月异的进步。同时面临看资源短缺、生态环境遭到严重破坏、人口增长的压力、连续不断的地区冲突、来自霸权主义的威胁等多方面的问题。面对这些挑战如何保证可持续发展?如何合理使用资源?如何促进社会发展并在提高人类生活质量的同吋建立和维持最佳生态环境是21世纪的最大课题。航天技术，特别是遥感技术在解决这些问题方面正发挥并将继续发挥重要作用。有人说,21世纪人类依赖航天技术的程度可与19世纪、20世纪人类依赖石油和电力相比拟。遥感技术在航天活动中具有特殊的位置，特别是微波遥感将发挥越来越重要的作用。因此世界先进国

3、家都在积极发展这一技术，不断推岀一系列的前沿技术。这些前沿技术，在频段、遥感参量、遥感手段和方法，以及技术工艺、结构及新的相关技术应用等方面,都比传统技术上了一个更高的台阶，使微波遥感更能满足用户要求,更能适应新的观测机制。2微波遥感简述微波遥感的发展经历了近50年。从工作机理而言有四种基本的模态:散射测量模态(散射计SCAT)、高度测量模态(高度计ALT)、成像雷达(合成孔径雷达SAR)等三种主动式工作模态和一种被动式工作模态即辐射测量模态(辐射计RAD)o1978年发射的美国海洋卫星Seasat-A是第一颗综合性微波遥感卫星,而先后发射的NOAA气象卫星系列上已搭载了微波辐射计

4、。80年代，美国提出行星地球使命计划(MTPE),对地观测系统(EOS)是MTPE的核心，其中很多平台上都有微波遥感任务。自80年代以來,美国、俄罗斯、欧空局、日本、印度等国家都在积极进行微波遥感卫星发射,欧洲遥感卫星(ERS-1、ERS-2)上的主动微波仪(AMI)系统、美法合作卫星(TOPEX/POSEIDON)的高度计(ALT)、日本先进对地观测卫星(ADEOS-II)、EOSPM-1卫星、NOAAK-N卫星及欧洲的环境卫星（ENVISAT）和METOP卫星、海洋卫星OKEANO及加拿大雷达卫星（RADARSAT）等的主要载荷都是微波遥感器。除此之外，在月球、火星、金星等只能

5、在一定程度上改善地面分辨率。只有第三种途径才是理想的选择。因为它大大降低了对天线口径的要求，但同时它也大大增加了信号处理的复杂性。APL的R.KeithRaney[7]等提出的Rang/Doppler高度计虽然在沿方位向采用了非聚焦的合成孔径技术，因此只能提高方位向的地而分辨率,而且刈幅没有增加，仍然达不到三维成像的要求。如果能够将常规高度计的信号处理技术同SAR的信号处理技术以及干涉信号处理技术结合起来，就不难达到三维成像的目的。根据目前的技术条件,这种结合是可能的。中科院空间中心,在八六三航天领域的支持下，就星载三维成像雷达高度计关键技术进行研究，提出了新型的工作原理[8〜10

6、]:1）偏离天顶点观测，一方面增加了刈幅宽度，同时可以获得距离向的高分辨率（垂直高度的测量转化为斜距的测量）。2）采用孔径合成技术来获得方位向的高分辨率。根据需要可以采用聚焦型或非聚焦型孔径合成处理。3）在海洋应用时，利用脉冲有限技术来获得平均海平面的高度、海面有效波高（只需要处理回波信号的前面部分），完成传统高度计的测量。此时高度跟踪是通过基于BROWN回波的修正模型来实现。在波束限制的范围内，通过距离门技术来获得距离向的分辨率，通过孔径合成技术来获得方位向的分辨率。通过双天线相干技术，获得分辨率单元的高度值，从而达到三维成像的目的。4）在海冰和陆地应用时採用偏离重心点算法（OC

7、OQoffsetcenterofgravity）^:进行高度跟踪。OCOG算法是一种与回波模型无关的算法。它既可以获得较大范围内的平均高度值，还可以获得分辩单元的平均高度值。用OCOG算法获得的高度值与用相干技术获得的高度值进行比较，可以更可靠地获得第三维高度信息。主要进行方位向的波束锐化处理，获得方位向较高的分辨率。部分是相干信息的形成和处理单元并获収分辨率单元内的高度值。三维成像雷达高度计信号处理包括:距离向和方位向脉冲压缩（二维成像）、多视处理、相干图像配准、相