星载极化圆锥扫描散射计模型函数、反演算法及仿真验证研究

海风是海洋表层的主要动力因子，获取高精度、高时空分辨率的海面风场数据具有十分重要的科研价值和现实意义。星载散射计为获取海面风场数据提供了全新的技术手段。然而，到目前为止，用于业务化风场反演的星载微波散射计都是采用同极化(VV或HH)观测模式，同极化后向散射系数是相对风向的偶函数，使得在噪声影响下经常出现块状模糊现象(伪解集中分布)，导致风场反演质量下降。极化散射计通过对海面回波进行全极化测量，可以获得更为丰富的海面散射信息，从而为海面风场反演精度的进一步提高提供了可能性。.本项目以星载极化圆锥扫描散射计为例，对极化散射计的模型函数、风场反演算法、及其仿真验证进行深入研究。在极化地球物理模型函数研究的基础上，根据目标函数和第一模糊解的分布特征，探索适合极化圆锥扫描散射计的风矢量反演和模糊解去除算法，以进一步提高风场反演精度，为我国将来发展星载极化散射计奠定一定的理论和技术基础。

以星载全极化微波散射计作为研究对象，对全极化地球物理模型函数和海面风场反演算法进行了深入研究。根据海面微波极化散射的奇对称特性，建立了极化相关后向散射系数与风速、入射角、极化方式和相对风向等参数之间的定量函数关系，即极化地球物理模型函数。利用全极化SAR数据和SeaWinds散射计反演的海面风场数据对极化地球物理模型函数的正确性进行了验证。实验结果表明，利用极化地球物理模型函数反演出的风速、风向与真实风速、风向均较为接近，取得了较高的反演精度，从而证明了模型的正确性和有效性。. 开发了星载全极化圆锥扫描散射计端到端系统仿真软件，给出了全极化微波散射计辐射测量精度模型和方差计算公式。构建的仿真系统包括PGMF计算模块、仪器测量模拟模块、空间几何关系仿真模块、后向散射系数模拟模块、海面风场反演模块和性能评估模块等六个主要功能模块。该系统在输入卫星平台参数、仪器系统参数和海面风场数据的条件下，能够有效模拟全极化星载散射计获得的海面微波后向散射系数测量值，为全极化微波散射计风矢量反演与模糊解去除算法的研究、建立和验证提供了必要的实验平台和技术手段。. 利用仿真系统生成的模拟数据，深入研究了星载全极化圆锥扫描散射计的目标函数和第一模糊解的空间分布特征及其形成机制，并在此基础上建立了全极化圆锥扫描散射计的风矢量反演算法和模糊解去除算法。利用仿真系统对算法进行了反演验证。实验表明，与传统反演算法相比，构建的全极化散射计风场反演算法，能够显著提高星下点附近区域和刈幅边缘区域的风向反演精度。