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    内容简介

    本书是作者在P波段SAR卫星系统技术研究方面开展系列研究工作和成果的总结。
    全书共8章。第1章介绍了P波段SAR卫星的应用需求和发展现状及趋势;第2章从微波理论的角度分析了P波段空间传播和与地表多层作用的机理,建立了雷达方程并研究了穿透性特征;第3章从P波段SAR卫星遥感探测的任务分析出发,对P波段SAR卫星工作原理进行了研究;第4章针对层析模式,主要介绍了层析模式的工作原理和轨道设计;第5章针对P波段星载SAR对电离层敏感的特征,介绍了电离层探测与补偿技术;第6章针对P波段SAR卫星易受干扰的特征,给出了抗干扰抑制的方法和试验验证结果;第7章针对高品质P波段SAR卫星成像数据的获取,给出了辐射定标、极化定标、波束指向在轨定标与修正、斜距定标与修正技术和方法;第8章给出了森林地上生物量反演、林高测量反演和林下地形测绘处理的方法。


    前言

    在空间遥感技术中,光学与红外遥感技术具有较佳的分辨率和感官可视性,但易被云雨遮盖,而微波遥感具有全天时、全天候的特点,特别是SAR不仅具有全天时、全天候的特点,而且具有成像的能力,是继可见光和红外遥感之后又一个有效的对地观测成像手段。SAR在遥感技术领域占有越来越重要的地位,已广泛应用于全球变化检测、空间定位、资源开发、环境保护以及其他民用和军事领域。1978年6月28日,首颗SAR卫星—“SeaSAT1”卫星发射升空,随着SAR卫星及其成像技术的研究引起全世界的广泛关注,美国、俄罗斯、德国、意大利、英国、西班牙、芬兰、加拿大、阿根廷、日本、以色列、印度、韩国、中国、欧洲空间局等国家和组织都相继研制、发射了SAR卫星,并成功地投入应用。

    随着科学技术的不断发展和人类认知水平的不断提高,人们逐渐认识到生存环境对生产、生活的重要制约作用,森林、土壤、冰川等自然资源的变化对人类的生存发展影响至关重要。有效获取森林蓄积量、植被覆盖下的地形、土壤湿度和西部地区冻土、全球电离层TEC等方面的数据,可以极大丰富完善人类对周围生存环境的感知,为国民经济建设提供信息支撑和决策支援。针对森林资源监测、次地表探测等,需要强穿透性,与其他遥感手段和常规X、L、C波段相比,P波段SAR微波遥感除了具有穿透云层和雨区的能力之外,还能穿透一定深度的地表和植被,从而可以获取植被覆盖的地面信息以及地表下一定深度的信息。此外,P波段SAR天基遥感还可以多极化、多模式获取多维度的观测信息,使得长波长P波段SAR天基微波遥感在遥感领域占有特别重要的地位。

    本书是作者在P波段SAR卫星系统技术研究方面开展系列研究工作和成果的总结,全书共8章。第1章介绍了P波段SAR卫星的应用需求和发展现状及趋势;第2章从微波理论的角度分析了P波段空间传播和与地表多层作用的机理,并建立了雷达方程和分析了穿透性特征;第3章从P波段SAR卫星遥感探测的任务分析出发,对P波段SAR卫星工作原理进行了研究;第4章针对层析模式,主要介绍了层析模式的工作原理和轨道设计;第5章针对P波段星载SAR对电离层敏感的特征,介绍了电离层探测与补偿技术;第6章针对P波段SAR卫星易受干扰的特征,给出了抗干扰抑制的方法和试验验证结果;第7章针对高品质P波段SAR卫星成像数据的获取,给出了辐射定标、极化定标、波束指向在轨定标与修正、斜距定标与修正技术和方法;第8章给出了森林地上生物量反演、林高测量反演和林下地形测绘处理的方法。

    本书第1章由陈筠力、陈尔学、葛家龙撰写,第2章由胡广清、艾韶杰撰写,第3章由陈筠力、姚佰栋撰写,第4章由张德新、汪长城撰写,第5章由陈杰、姚佰栋、陈筠力撰写,第6章由姚佰栋、陈筠力撰写,第7章由胡广清、陶满意撰写,第8章由汪长城、陈筠力撰写。全书由陈筠力统合定稿。

    本书从星地一体化的角度把长波长P波段SAR天基遥感在对地观测方面的应用需求、国内外研究现状、散射理论、任务分析、轨道设计、电离层影响机理及探测补偿、数据处理及应用融合起来。在研究工作中,作者得到了龚健雅院士、李增元研究员的支持和帮助。

    由于作者的水平有限,加上P波段SAR卫星系统技术属于国内外新领域,新技术、新应用、新方法在不断发展,书中难免存在疏漏和不足,敬请读者不吝指教。


    目录

    第1章P波段SAR天基遥感应用及发展现状1

    11概述1

    12应用需求1

    121森林资源监测管理和生态环境保护需求1

    122林下地形测绘需求3

    123次地表探测需求4

    124电离层TEC监测需求6

    125其他需求7

    13国内外发展现状及趋势8

    131P波段SAR探测技术发展现状及趋势8

    132P波段SAR遥感数据应用处理技术发展现状及趋势21

    参考文献27
    第2章微波理论30

    21概述30

    22微波基础理论30

    23微波传输理论33

    231与电离层相互作用33

    232与地表多层相互作用37

    24雷达方程40

    25真实自然物体的微波特性42

    26长波长电磁波信号穿透性特征分析49

    参考文献51


    第3章P波段SAR天基遥感原理及系统设计53

    31星载P波段SAR行业应用产品需求分析53

    311行业应用需求分析53

    312专题信息产品需求分析54

    313卫星数据产品及参数配置需求分析54

    314应用指标需求分析55


    32工作原理及系统设计55

    321工作频率选择55

    322极化方式选择61

    323入射角范围选择66

    324系统灵敏度设计68

    325模糊度设计72

    326辐射分辨率74

    327几何分辨率74

    328成像带宽75

    329极化性能指标76

    3210工作模式设计77

    3211轨道设计81

    33性能分析82

    331波位设计及成像性能分析82

    332辐射分辨率分析83

    333极化精度分析84

    334森林地上生物量探测精度分析85

    参考文献89
    第4章层析成像模式及轨道设计95

    41概述95

    42层析成像模式原理95

    43轨道设计99

    431层析轨道的回归重访优化设计99

    432效能最优多任务规划105

    433层析轨道自主导航与控制107

    参考文献118
    第5章电离层影响机理及探测补偿119

    51概述119

    52电离层建模及影响分析119

    521电离层结构及信号传播119

    522色散效应误差建模及仿真分析125

    523闪烁效应误差建模及仿真分析131

    524法拉第旋转效应误差建模及仿真分析149

    53P波段SAR卫星电离层联合探测155

    531探测手段155

    532联合探测方法156

    54基于模型的电离层补偿技术158

    541电离层色散效应误差补偿处理158

    542电离层闪烁效应误差补偿处理162

    543法拉第旋转效应误差补偿处理165

    参考文献173
    第6章射频干扰抑制技术175

    61P波段 SAR干扰抑制需求分析175

    62P波段星载SAR潜在射频干扰建模与影响分析176

    621潜在干扰分析176

    622干扰模型176

    623影响分析177

    63星载SAR系统抗干扰能力分析180

    64干扰抑制算法181

    641频域陷波法181

    642最小均方算法182

    643自适应线谱增强器算法183

    644特征子空间分解法183

    645时频域非相干滤波184

    646时频域相干滤波184

    647算法性能比较185

    65干扰侦听与跳频规避方案186

    参考文献188
    第7章在轨定标192

    71概述192

    72辐射定标192

    721图像产品的雷达方程192

    722定标常数193

    723辐射定标195

    73极化定标197

    731极化精度指标定义198

    732极化定标的理论模型199

    733极化定标的工作流程201

    734极化外定标202

    735极化内定标和极化校正203

    74波束指向在轨定标与修正204

    741概述204

    742波束指向误差模型204

    743定标方案和流程206

    744数学推导207

    745仿真试验208

    746在轨试验210

    75在轨联合斜距定标212

    751斜距测量误差建模212

    752在轨联合定标方法214

    753数学分析验证215

    参考文献219
    第8章P波段数据应用处理221

    81概述221

    82森林地上生物量反演221

    821基于P波段SAR生物量估算模型222

    822基于P波段SAR生物量估算实例223

    83森林高度及林下地形反演225

    831PolInSAR森林高度及林下地形反演基本原理226

    832单基线PolInSAR森林高度与林下地形反演算法227

    833多基线PolInSAR森林高度与林下地形反演算法230

    834层析SAR森林高度与林下地形反演231

    835P波段PolInSAR森林高度及林下地形反演实例236

    836P波段层析SAR森林高度及林下地形反演实例239

    参考文献246