官 莉夏仕昌張思勃

1）（南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心，南京210044）2）（中國(guó)人民解放軍61741部隊(duì)，北京100094）

大面積水體上空星載微波輻射計(jì)的干擾識(shí)別

官 莉1）*夏仕昌2）張思勃1）

1）（南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心，南京210044）2）（中國(guó)人民解放軍61741部隊(duì)，北京100094）

衛(wèi)星微波儀器接收的來自地氣系統(tǒng)的被動(dòng)熱輻射與主動(dòng)傳感器發(fā)射的信號(hào)相混合，被稱為無線電頻率干擾（RFI），在主動(dòng)及被動(dòng)微波遙感探測(cè)領(lǐng)域已成為越來越嚴(yán)重的問題。海洋表面反射的靜止通訊、電視衛(wèi)星下發(fā)信號(hào)是干擾海洋上星載被動(dòng)微波輻射計(jì)觀測(cè)的主要來源。該文以先進(jìn)的微波掃描輻射計(jì)AMSR-E為例，采用雙主成分分析方法對(duì)美國(guó)陸地上大面積水體、附近洋面和中國(guó)海岸線附近的RFI進(jìn)行識(shí)別，研究表明：美國(guó)附近洋面區(qū)域星載微波輻射計(jì)18.7 GHz通道觀測(cè)主要受靜止電視衛(wèi)星Direc TV的干擾，由于海表反射引起的RFI非常依賴于靜止衛(wèi)星和星載被動(dòng)儀器的相對(duì)幾何位置，只有當(dāng)閃爍角θ（觀測(cè)視場(chǎng)鏡面反射的靜止電視衛(wèi)星信號(hào)方向與視場(chǎng)到星載儀器方向之間的夾角）較小時(shí)衛(wèi)星觀測(cè)易受到污染。美國(guó)海洋區(qū)域較強(qiáng)RFI分布在五大湖區(qū)域，離內(nèi)陸越近RFI越強(qiáng)，東西海岸RFI較強(qiáng)，而整個(gè)南海岸干擾相對(duì)較弱。中國(guó)海岸線附近AMSR-E 6.925 GHz通道觀測(cè)受RFI影響，而18.7 GHz通道觀測(cè)未受到干擾。

微波；AMSR-E；無線電頻率干擾（RFI）；識(shí)別

引 言

衛(wèi)星微波接收的來自地氣系統(tǒng)的被動(dòng)熱輻射與主動(dòng)傳感器發(fā)射的信號(hào)相混合，被稱為無線電頻率干擾（radio-frequency interference，簡(jiǎn)稱 RFI），在主動(dòng)及被動(dòng)微波遙感探測(cè)領(lǐng)域已成為越來越嚴(yán)重的問題［1-2］。人為的RFI源主要來自建于地表的主動(dòng)微波發(fā)射器，如手機(jī)、雷達(dá)、GPS導(dǎo)航、空中交通管制、車輛測(cè)速儀器等，這些RFI源會(huì)污染地球大氣的散射和發(fā)射輻射，會(huì)在衛(wèi)星遙感探測(cè)量中增加不可預(yù)測(cè)的噪聲［3］。目前全世界廣泛使用的星載微波成像儀，如美國(guó)NASA地球觀測(cè)系統(tǒng)EOS Aqua衛(wèi)星搭載的先進(jìn)微波掃描輻射計(jì)（Advanced Microwave Scanning Radiometer，簡(jiǎn)稱AMSR-E）［4］、我國(guó)FY-3衛(wèi)星搭載的微波成像儀（MicroWave Radiation Imager，簡(jiǎn)稱 MWRI）、AMSR-E的后續(xù)儀器 AMSR-2［5］和美國(guó)國(guó)防衛(wèi)星上的WindSat全極化輻射計(jì)等的C波段（6.9 GHz）或 X波段（10.7 GHz）觀測(cè)受來自地面主動(dòng)的微波發(fā)射即無線電頻率干擾RFI影響，造成觀測(cè)亮溫相比視場(chǎng)內(nèi)自然大氣和地表發(fā)射、散射輻射而言異常偏大，進(jìn)而使反演的地表參數(shù)（如地表溫度、海表溫度和土壤濕度等）與資料同化的分析場(chǎng)具有較大誤差［6-8］。如果不正確識(shí)別和去除RFI污染資料，將大大降低星載被動(dòng)微波儀器的科學(xué)價(jià)值。為解決這一問題已經(jīng)開發(fā)了很多RFI識(shí)別算法，定量給出RFI的范圍和強(qiáng)度，如譜差法、平均值和標(biāo)準(zhǔn)差方法、主成分分析（PCA）方法、標(biāo)準(zhǔn)化的主成分分析（NPCA）方法和雙主成分分析（DPCA）方法等。

Li等［9］于2004年最先發(fā)現(xiàn)AMSR-E在C波段通道的探測(cè)數(shù)據(jù)中存在大范圍的無線電頻率干擾現(xiàn)象，并提出可以利用譜差法量化RFI的強(qiáng)度和范圍，理論基礎(chǔ)是低頻通道受RFI影響，而高頻通道不受RFI影響，利用受RFI影響通道和不受RFI干擾通道的觀測(cè)亮溫差進(jìn)行RFI的識(shí)別。Njoku等［10［11］。Li等［12］進(jìn)一步研究指出，譜差法沒有利用輻射計(jì)觀測(cè)各通道間的相關(guān)性，來自自然地表-大氣的各通道之間觀測(cè)相關(guān)性非常高，而RFI只明顯增加被污染通道的觀測(cè)，使RFI干擾通道和其余通道觀測(cè)之間的相關(guān)性很低。這一信息對(duì)于從自然輻射數(shù)據(jù)中識(shí)別出RFI區(qū)十分重要，針對(duì)陸地地區(qū)首次提出PCA方法，將目標(biāo)物的發(fā)射、散射特性和輻射計(jì)資料多通道間的相關(guān)性集成到一個(gè)統(tǒng)計(jì)的主成分分析框架中。Zou等［1］利用我國(guó)極軌衛(wèi)星FY-3B上搭載的微波輻射成像儀MWRI對(duì)于陸地上RFI的識(shí)別開展了研究，提出了標(biāo)準(zhǔn)化的PCA方法，利用通道間的相關(guān)性有效識(shí)別積雪覆蓋區(qū)域RFI，該算法不僅適用于晴空下墊面，而且適用于積雪陸表。Zhao等［13］使用WindSat的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)格陵蘭島和南極洲附近海冰下墊面RFI識(shí)別算法進(jìn)行研究，指出現(xiàn)有的譜差法及PCA方法在對(duì)海冰區(qū)RFI識(shí)別時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量虛假信號(hào)，提出利用DPCA方法識(shí)別強(qiáng)散射的海冰區(qū)RFI信號(hào)。

上述研究均針對(duì)陸地上星載微波輻射計(jì)的RFI進(jìn)行檢測(cè)，而對(duì)洋面上RFI的識(shí)別研究較少。由于海洋表面固有的大的譜差波動(dòng)特征使譜差法不能應(yīng)用于海洋區(qū)域，通過利用通道回歸模型差技術(shù)直接預(yù)測(cè)沒有RFI污染時(shí)的亮溫值，進(jìn)一步與實(shí)際觀測(cè)的亮溫進(jìn)行對(duì)比，達(dá)到識(shí)別海洋上RFI強(qiáng)度的目的［12］。Adams等［14］利用 WindSat反演地球物理參數(shù)x2概率估計(jì)法對(duì)洋面反射的RFI進(jìn)行識(shí)別，研究發(fā)現(xiàn)，海洋表面反射的靜止通訊、電視衛(wèi)星下行信號(hào)是干擾海洋上星載被動(dòng)微波輻射計(jì)觀測(cè)的主要來源。靜止通訊、電視衛(wèi)星固定在地球赤道上空的某一位置上，向指定區(qū)域連續(xù)發(fā)射信號(hào)。一般美國(guó)或歐洲的靜止電視衛(wèi)星天線均設(shè)計(jì)為定向的、僅集中向北半球美國(guó)或歐洲指定陸地地區(qū)發(fā)射。全球海岸線地區(qū)人口密度較高，盡管這些靜止衛(wèi)星天線設(shè)計(jì)只集中向陸地地區(qū)發(fā)射，仍然有少部分較強(qiáng)的輻射投射到海岸線附近的海域上，因此在海岸線附近存在大范圍、較強(qiáng)的RFI干擾。概率估計(jì)算法必須借助大氣參數(shù)的反演，概率估計(jì)是針對(duì)反演的海表參數(shù)（如海表面溫度）進(jìn)行的。本文將以先進(jìn)的微波掃描輻射計(jì)AMSR-E為例，用DPCA方法對(duì)美國(guó)地區(qū)附近洋面和中國(guó)沿海地區(qū)的RFI進(jìn)行識(shí)別，同時(shí)分析洋面上RFI來源以及分布特征。

1 資料簡(jiǎn)介

AMSR-E（Advanced Microwave Scanning Radiometer on the Earth Observing System）搭載在2004年5月NASA發(fā)射的EOS地球觀測(cè)系統(tǒng)Aqua衛(wèi)星上，軌道傾角為98.3°。該儀器主要用于觀測(cè)云和地表，分別測(cè)量6.925 GHz，10.65 GHz，18.7 GHz，23.8 GHz，36.5 GHz和89.0 GHz水平極化和垂直極化的亮溫，共有12個(gè)通道，空間分辨率從89 GHz的5.4 km下降為6.9 GHz的56 km。具體的通道特性見表1。AMSR-E是圓錐型掃描儀器，天線圓錐掃描角為47.4°，掃描幀幅寬度為1445 km。降交點(diǎn)和升交點(diǎn)赤道過境時(shí)間分別為01：30（世界時(shí)，下同）和13：30［15］。

表1 AMSR-E通道特性Table 1 AMSR-E instrument description

本文使用的是2011年6—7月AMSR-E Level 2A觀測(cè)的亮溫，Level 2A資料中所有通道的空間分辨率均重新取樣到56 km的相同空間分辨率，選取美國(guó)和中國(guó)海洋區(qū)域作為研究對(duì)象，探討靜止電視衛(wèi)星對(duì)星載微波輻射計(jì)觀測(cè)的影響。

2 雙主成分分析（DPCA）方法簡(jiǎn)介

雙主成分分析方法包含兩步主成分分析，第1次主成分分析是對(duì)由10個(gè)通道觀測(cè)組成的亮溫V向量進(jìn)行的，所有觀測(cè)視野點(diǎn)構(gòu)成的要進(jìn)行主成分分析的矩陣為A10×N：

其中，T是觀測(cè)亮溫，下標(biāo)V，H分別表示垂直極化和水平極化，下標(biāo)數(shù)字表示觀測(cè)的頻率，N為總觀測(cè)點(diǎn)數(shù)。

矩陣A10×N的協(xié)方差矩陣為R10×10＝AAT，通過解方程R ei＝λiei（i＝1，2，…，10）可求得其特征值λi（i＝1，2，…，10）和特征向量ei＝［e1，i，e2，i，…，e10，i］T。將矩陣A投影到由特征向量e1，e2，…，e10構(gòu)成的正交空間，可得到主成分系數(shù)：

其中，u＝［ui，1，ui，2，…，ui，N］為第i個(gè)主成分的系數(shù)。

由主成分和主成分系數(shù)，矩陣A可以由兩部分A1和A2重構(gòu)：

由于來自自然地表和大氣的輻射觀測(cè)值通道與通道之間高度相關(guān)，通道間觀測(cè)的相關(guān)性由前幾個(gè)主成分即A1捕獲；矩陣A2即從α＋1到第10個(gè)主成分亮溫的和，被稱為殘余數(shù)據(jù)矩陣。RFI只是使被干擾通道的觀測(cè)值異常偏高，與其他通道不相關(guān)，因而RFI信號(hào)則含在殘余矩陣A2中，本文α取3。第2步主成分分析對(duì)殘余矩陣A2展開，即對(duì)A2進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的主成分分析，如RFI存在于18.7 GHz通道：

其中，μ和σ為每個(gè)視場(chǎng)點(diǎn)5個(gè)RFI因子的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

與上述步驟相同，資料矩陣B5×N由重構(gòu)：

其特征向量e1，e2，…，e5為主成分，ui＝［ui，1，ui，2，…，ui，N］為第i個(gè)主成分的系數(shù)。矩陣A2第1主成分的系數(shù)u1中的較大值表明RFI的存在，且第1主成分的系數(shù)值越大表明較強(qiáng)RFI存在的可能性越大。對(duì)該方法的詳細(xì)描述見文獻(xiàn)［13］。

3 應(yīng)用試驗(yàn)

由于極軌衛(wèi)星Aqua有效載荷AMSR-E每16 d覆蓋完全相同的區(qū)域，16 d的周期內(nèi)每天軌道覆蓋觀測(cè)范圍不太相同，有一定差異［16］。本文選取2011年6月1—16日AMSR-E 1個(gè)周期的觀測(cè)為例，研究重點(diǎn)是洋面上RFI的識(shí)別，只選擇夏季資料，可避免冬季時(shí)誤將高緯度地區(qū)積雪錯(cuò)認(rèn)為是虛假的RFI。表2給出了目前主要的靜止電視衛(wèi)星，影響歐洲地區(qū)的靜止電視衛(wèi)星主要是中心頻率在10.7 GHz附近的Hot Bird，Atlantic Bird和Astra，而影響美國(guó)地區(qū)的則是中心頻率為18.7 GHz的Direct TV衛(wèi)星［17］。按照上述的DPCA方法計(jì)算出的美國(guó)地區(qū)周邊海洋上的與RFI有關(guān)的第1主成分系數(shù)u1，圖1分別給出6月1日、4日、7日和11日AMSR-E降軌18.7 GHz通道水平極化的u1分布（其余12 d類似，圖略）。圖中白色區(qū)域?yàn)樾l(wèi)星軌道觀測(cè)間隙區(qū)，灰白色為陸地區(qū)域。下一個(gè)16 d內(nèi)衛(wèi)星每天觀測(cè)區(qū)域和RFI出現(xiàn)位置重復(fù)圖1的分布（圖略）。由圖1可見，u1越大的地方，即暖色調(diào)區(qū)域，RFI出現(xiàn)概率越大且強(qiáng)度越強(qiáng)。6月1日RFI主要出現(xiàn)在西海岸的俄勒岡州和五大湖的密歇根湖上，4日較強(qiáng)的RFI出現(xiàn)在東海岸的德拉華州、馬里蘭州和蘇必利爾湖西側(cè)，7日弗羅里達(dá)州和加利福尼亞沿岸有較弱的RFI出現(xiàn)，11日較強(qiáng)RFI出現(xiàn)在弗吉尼亞的東海岸。衛(wèi)星觀測(cè)軌道偏東海岸時(shí)，18.7 GHz通道RFI干擾出現(xiàn)在軌道幀幅的西邊緣，衛(wèi)星觀測(cè)軌道偏西海岸時(shí)，干擾出現(xiàn)在軌道幀幅的東邊緣的概率較大，若衛(wèi)星剛好過境美國(guó)大陸中部，則星下點(diǎn)附近的觀測(cè)受影響。

表2 主要的靜止電視衛(wèi)星Table 2 Major geostationary TV satellite

圖1 2011年6月1日、4日、7日和11日AMSR-E降軌18.7 GHz通道水平極化第1主成分系數(shù)u1和靜止衛(wèi)星閃爍角θ分布Fig.1 The first PC coefficientu1and the geostationary satellite gilint angleθof AMSR-E 18.7 GHz with horizontal polarization of decending node in June 2011

在16 d的軌道周期內(nèi)，RFI每天出現(xiàn)位置和強(qiáng)度均在變化。海洋表面反射的靜止通訊、電視衛(wèi)星信號(hào)是干擾海洋上星載被動(dòng)微波輻射計(jì)觀測(cè)的主要來源，洋面上風(fēng)速較小時(shí)多發(fā)生的是鏡面反射。由于海表反射引起的RFI非常依賴于靜止衛(wèi)星和星載被動(dòng)儀器的相對(duì)幾何位置，閃爍角定義為觀測(cè)視場(chǎng)鏡面反射的靜止電視衛(wèi)星信號(hào)方向與視場(chǎng)到星載儀器方向之間的夾角。圖2給出了洋面反射靜止衛(wèi)星下行發(fā)射的示意圖及閃爍角θ的定義。圖1中展示了2011年6月1日、4日、7日和11日美國(guó)附近洋面上AMSR-E每個(gè)觀測(cè)視場(chǎng)的閃爍角θ分布。由圖1可知，RFI出現(xiàn)概率的大小與θ大小的相關(guān)性非常好，只有當(dāng)θ小到電視廣播信號(hào)可以反射進(jìn)入AMSR-E視場(chǎng)，該視場(chǎng)才受到干擾。受RFI干擾區(qū)域都是閃爍角θ非常小的區(qū)域，基本小于15°，θ越接近0°出現(xiàn)的RFI強(qiáng)度越強(qiáng)。表3給出了2011年6月1日、4日、7日和11日RFI干擾區(qū)θ不同取值時(shí)所占的百分比，識(shí)別的RFI區(qū)域中有33.37%的θ取值小于5°，5°≤θ＜15°的占61.22%，θ≥15°的只占5.41%，同樣說明RFI大都出現(xiàn)在θ＜15°的地方。圖3為2011年6月1—16日AMSR-E降軌觀測(cè)平均的閃爍角θ分布，θ等值線為圓心在赤道上約100°W（靜止電視衛(wèi)星的位置）的同心圓，θ較小值即圖中深紅色區(qū)域（θ＜2.5°）分布在40°～45°N附近寬約5個(gè)緯度的環(huán)狀帶內(nèi)，該深紅色環(huán)狀區(qū)域就是RFI出現(xiàn)概率最大的地方，越往南或往北，θ值逐漸增大。將6月1—16日AMSR-E降軌18.7 GHz通道水平極化的第1主成分系數(shù)u1分布綜合顯示在圖4中，可以看出，美國(guó)附近海洋區(qū)域出現(xiàn)的RFI污染集中在東西海岸和五大湖區(qū)域，尤其是五大湖和東海岸北部受無線電干擾概率較大且強(qiáng)度較強(qiáng)，較強(qiáng)RFI出現(xiàn)位置與圖3中的環(huán)狀θ極小值帶吻合得非常好。

續(xù)圖1

圖2 洋面反射靜止衛(wèi)星下行發(fā)射及閃爍角θ的示意圖Fig.2 The sketch map of the reflected geostationary TV satellite downlink signals by ocean surface and the definition of glint angleθ

表3 RFI區(qū)閃爍角θ取值的百分比（單位：%）Table 3 The percentage of glint angleθin different range at RFI area（unit：%）

圖3 2011年6月1—16日AMSR-E降軌觀測(cè)平均的閃爍角θ分布Fig.3 The average glint angleθbased on AMSR-E decending observations from 1 June to 16 June in 2011

圖4 2011年6月1—16日綜合AMSR-E降軌18.7 GHz通道水平極化第1主成分系數(shù)u1分布Fig.4 The synthesized distribution of first PC coefficientu1based on AMSR-E 18.7 GHz decending observations with horizontal polarization from 1 June to 16 June in 2011

洋面并不是完全光滑、平整的鏡面，尤其是洋面風(fēng)速較大時(shí)，非嚴(yán)格的鏡面反射造成干擾信號(hào)具有角展度，同時(shí)為有效防止將小尺度的天氣系統(tǒng)誤認(rèn)為是虛假的RFI信號(hào)，將第1主成分系數(shù)u1＞0.3和θ＜25°綜合作為判斷是否受靜止衛(wèi)星RFI干擾的閾值判據(jù)，2011年6月1日—7月2日兩個(gè)完整軌道周期，即月平均的美國(guó)海洋區(qū)域18.7 GHz通道水平極化識(shí)別的RFI分布和強(qiáng)度如圖5所示。圖6給出了6月4日和6月7日升軌觀測(cè)時(shí)的第1主成分系數(shù)u1，對(duì)比圖1中相應(yīng)日期降軌時(shí)u1，降軌時(shí)在美國(guó)近海岸尤其東海岸出現(xiàn)大范圍較強(qiáng)RFI，而圖6中升軌觀測(cè)沒有出現(xiàn)。對(duì)氣象極軌衛(wèi)星而言，降軌時(shí)受靜止衛(wèi)星RFI影響的主要是北半球，升軌時(shí)受干擾的主要是南半球，對(duì)美國(guó)而言，受靜止衛(wèi)星污染的是降軌觀測(cè)。較強(qiáng)RFI分布在五大湖的密歇根湖、安大略湖和伊利湖，離內(nèi)陸越近，RFI越強(qiáng)，東西海岸北部RFI較強(qiáng)，而整個(gè)南海岸干擾相對(duì)較弱。受洋面反射靜止電視衛(wèi)星信號(hào)引起的18.7 GHz通道垂直極化RFI分布和強(qiáng)度與水平極化相似（圖略）。

圖5 2011年6月1日—7月2日美國(guó)海洋區(qū)域18.7 GHz通道水平極化月平均RFI強(qiáng)度分布Fig.5 The monthly average RFI intensity at 18.7 GHz horizontal polarization over America ocean from 1 June to 2 July in 2011

圖6 2011年6月4日（a）和7日（b）AMSR-E升軌18.7 GHz水平極化第1主成分系數(shù)u1Fig.6 The first PC coefficientu1of AMSR-E 18.7 GHz with horizontal polarization of acending node on 4 June（a）and 7 June（b）in 2011

為驗(yàn)證該方法對(duì)大面積水體上RFI識(shí)別的有效性，利用DPCA方法對(duì)中國(guó)海岸線附近的RFI進(jìn)行識(shí)別。中國(guó)東部海岸線附近2011年6月8日RFI的識(shí)別結(jié)果見圖7。圖7a是6.9 GHz通道水平極化RFI的分布及強(qiáng)度，較強(qiáng)RFI主要出現(xiàn)在杭州灣和珠江口（黃紅色區(qū)域），溫州附近海域也有一處較弱的RFI影響。根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間序列的觀測(cè)分析可知，這幾處RFI盡管強(qiáng)度時(shí)強(qiáng)時(shí)弱，但始終都存在，位置不變，即這些干擾源是長(zhǎng)期存在、固定的地面源。由圖7b可知，AMSR-E 18.7 GHz通道觀測(cè)在中國(guó)不論是陸地還是海岸線均未受無線電干擾。

同時(shí)，也利用我國(guó)FY-3系列氣象衛(wèi)星上搭載的微波輻射成像儀MWRI進(jìn)行驗(yàn)證。MWRI與AMSE-E相比，沒有低頻6.925 GHz通道，其余5個(gè)通道的設(shè)置完全相同［18］，而日本通信衛(wèi)星和我國(guó)中繼衛(wèi)星等部分使用18.6～18.8 GHz頻段進(jìn)行通信［19］，所以重點(diǎn)分析18.7 GHz通道觀測(cè)。圖8a顯示的是2011年6月8日我國(guó)海岸線附近MWRI觀測(cè)的18.7 GHz水平極化亮溫，圖中沒有亮溫值異常偏高的區(qū)域；圖8b是識(shí)別出的RFI分布及強(qiáng)度。FY-3 MWRI識(shí)別的中國(guó)海岸線附近的RFI（圖8b）與AMSR-E識(shí)別的結(jié)果（圖7b）相似，均不存在值大于10的暖色調(diào)區(qū)域，說明均未發(fā)現(xiàn)RFI影響?？赡苁且?yàn)槿毡就ㄐ判l(wèi)星主要下發(fā)頻率為C波段（4～8 GHz）和 Ku波段（11.7～12.2 GHz）［20］，所以對(duì)星載儀器18.7 GHz通道觀測(cè)沒有造成干擾。通信衛(wèi)星的用戶主要為地面固定站或速度較低的移動(dòng)通信站，其靜止衛(wèi)星星載天線大多指向固定，中繼衛(wèi)星星間天線大多需要跟蹤高速高動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星、飛船等航天器，而不是朝向地面發(fā)射，因此未對(duì)對(duì)地觀測(cè)儀器造成干擾。

圖7 AMSR-E識(shí)別的中國(guó)東部海岸線附近2011年6月8日6.9 GHz（a）和18.7 GHz（b）通道水平極化RFI的分布Fig.7 The identified RFI along China east coast of AMSR-E 6.9 GHz（a）and 18.7 GHz（b）horizontal polarization on 8 June 2011

圖8 2011年6月8日FY-3 MWRI 18.7 GHz通道水平極化亮溫（a）和RFI（b）分布Fig.8 The brightness temperature（a）and the RFI（b）of FY-3 MWRI 18.7 GHz horiontal polarization on 8 June 2011

4 結(jié) 論

本文以先進(jìn)的微波掃描輻射計(jì)AMSR-E為例，利用DPCA方法對(duì)美國(guó)陸地上大面積水體、附近洋面和中國(guó)海岸線附近的RFI進(jìn)行識(shí)別，同時(shí)分析洋面上RFI來源以及分布特征。結(jié)果表明：

1）DPCA方法對(duì)于識(shí)別洋面上的RFI是有效的，殘余矩陣主成分分析后第1主成分系數(shù)u1＞0.3和閃爍角θ＜25°綜合作為判斷是否受靜止衛(wèi)星RFI干擾的閾值判據(jù)，美國(guó)附近洋面區(qū)域星載被動(dòng)微波輻射計(jì)18.7 GHz通道觀測(cè)主要受靜止電視衛(wèi)星Direc TV的干擾。

2）AMSR-E降軌觀測(cè)美國(guó)地區(qū)洋面時(shí)受靜止衛(wèi)星干擾，而升軌觀測(cè)則不受其影響。當(dāng)衛(wèi)星觀測(cè)軌道覆蓋東海岸時(shí)，18.7 GHz通道RFI干擾出現(xiàn)在軌道幀幅的西邊緣，衛(wèi)星觀測(cè)軌道偏西海岸時(shí)，干擾出現(xiàn)在軌道幀幅的東邊緣的概率較大，若衛(wèi)星剛好過境美國(guó)大陸中部，則星下點(diǎn)附近的觀測(cè)受影響。在40°～45°N附近寬約5個(gè)緯度的環(huán)狀閃爍角θ極小值帶內(nèi)RFI出現(xiàn)概率最大。

3）月平均的18.7 GHz通道RFI分布和強(qiáng)度表明，美國(guó)海洋區(qū)域較強(qiáng)RFI分布在五大湖的密歇根湖、安大略湖和伊利湖，離內(nèi)陸越近，RFI越強(qiáng)，東西海岸RFI較強(qiáng)，而整個(gè)南海岸干擾相對(duì)較弱。

4）中國(guó)海岸線附近的RFI主要干擾6.925 GHz通道的觀測(cè)，而18.7 GHz通道觀測(cè)未受干擾。干擾主要出現(xiàn)在東部杭州灣、溫州和珠江口附近海岸線，且干擾源為穩(wěn)定、長(zhǎng)期的地面固定源。

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Identifying the Interference of Spaceborne Microwave Radiometer over Large Water Area

Guan Li1）Xia Shichang2）Zhang Sibo1）

1）（Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters，Nanjing University of Information Science&Technology，Nanjing210044）
2）（Unit61741of PLA，Beijing100094）

The phenomenon of satellite-measured passive microwave thermal emission from natural surface and atmosphere being mixed with signals from active sensors is referred as radio-frequency interference（RFI）.Due to increasing conflicts between scientific and commercial users of the radio spectrum，RFI is an increasing serious problem for microwave active and passive remote sensing.RFI greatly affects the quality of data and retrieval products from space-borne microwave radiometry，as the C-band and X-band of spaceborne microwave radiometer operate in unprotected frequency bands.Interference signals over land come dominantly from lower frequency active microwave transmitters，including radar，air traffic control，cell phone，garage door remote control，GPS signal on highway，defense tracking and vehicle speed detection for law enforcement.The signal emanating from geostationary communication and television satellites that reflect off the ocean surface is the major interference source over ocean of spaceborne passive microwave imagers.RFI detection and correction of low-frequency radiances over large water area is extremely important before these data being used for either geophysical retrievals or data assimilation in numerical weather prediction models.

RFI over ocean and inland large water area of North America，as well as over the coastline of China are identified and analyzed based on Advanced Microwave Scanning Radiometer（AMSR-E）observations using double principal component analysis（DPCA）algorithm.The AMSR-E instrument is primarily designed to enhance cloud and surface sensing capabilities.The DPCA method takes advantage of the multichannel correlation for natural surface radiations，as well as the de-correlation between different RFI contaminated frequencies.Results show that the DPCA method works well in detecting the location and intensity of RFI over ocean and large water area.The AMSR-E observation over the ocean of America at 18.7 GHz is mainly interfered by geostationary television satellites Direc TV.The RFI location and intensity from the ocean reflection of downlink radiation highly depends upon the relative geometry between the geostationary satellite and the measuring passive sensor.Only the field of views with smaller glint angle（defined as the angle between the geostationary specular reflection vector and the AMSR-E line-of-sight vector）is easily affected by RFI.The stronger RFI distribute near the Great Lakes of America，and the RFI magnitude of East and West Coast is stronger than south coast.AMSR-E observations of 6.925 GHz are contaminated by RFI along the coastline of China，while observations of 18.7 GHz are not affected.

microwave；AMSR-E；RFI；identification

官莉，夏仕昌，張思勃.大面積水體上空星載微波輻射計(jì)的干擾識(shí)別.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2015，26（1）：22-31.

10.11898／1001-7313.20150103

2014-04-02收到，2014-09-17收到再改稿。

江蘇省高校自然科學(xué)研究重大項(xiàng)目（13KJA170003）

*email：liguan.nuist＠gmail.com