冰盖模型的建立对于未来全球气候预测至关重要，获得准确冰下地形特征是开发更真实精确的冰盖模型的重要条件，而具有高精度探测及定位优势的车载多通道冰雷达适用于获得开发冰盖模型所需的基础信息。传统基于频率波数域（f-k）偏移的冰雷达数据处理算法仅能对行进轨迹测线下的二维冰下地形进行测量，需要地理插值才能得到三维冰下地形，插值精度影响到最终的三维地形图精度，特别是在冰流速较大区域，该地理插值方案会引起较大的地形误差。本文针对上述问题展开深入研究，结合格陵兰岛车载多通道冰雷达探测数据的处理，提出一种基于多通道冰雷达数据的三维冰下地形提取方法，利用层析处理技术结合空间谱估计方法得到精确的数字高程模型（DEM）数据，实现对冰盖的条带模式探测，具有空间分辨率高、冰下地形误差小等优点。仿真及实测数据处理结果验证了本文提出的三维冰下地形提取方法的有效性。

冰盖模型的建立对于未来全球气候预测至关重要，获得准确冰下地形特征是开发更真实精确的冰盖模型的重要条件，而具有高精度探测及定位优势的车载多通道冰雷达适用于获得开发冰盖模型所需的基础信息。传统基于频率波数域（f-k）偏移的冰雷达数据处理算法仅能对行进轨迹测线下的二维冰下地形进行测量，需要地理插值才能得到三维冰下地形，插值精度影响到最终的三维地形图精度，特别是在冰流速较大区域，该地理插值方案会引起较大的地形误差。本文针对上述问题展开深入研究，结合格陵兰岛车载多通道冰雷达探测数据的处理，提出一种基于多通道冰雷达数据的三维冰下地形提取方法，利用层析处理技术结合空间谱估计方法得到精确的数字高程模型（DEM）数据，实现对冰盖的条带模式探测，具有空间分辨率高、冰下地形误差小等优点。仿真及实测数据处理结果验证了本文提出的三维冰下地形提取方法的有效性。

冰雷达是用于极地冰雪探测的主要技术手段,为研究极地冰雪的几何特征、内部结构、冰下地形地貌和冰底环境提供了重要的基础观测数据。20世纪50年代,人类首次发现特定频段的电磁波可以“穿透”南极冰盖,进而在60年代研制出用于极地冰盖冰下探测的冰雷达系统。之后60多年里,随着计算机、电子信息和卫星定位导航等技术的发展,冰雷达技术研究取得快速发展,形成了适用于极地冰盖、海冰及其上覆积雪不同探测需求的多样化冰雷达系统。本文在简要回顾了早期冰雷达技术发展的基础上,着重从极地冰盖深部探测、极地冰盖和海冰浅表层探测以及新型极地冰雪探测冰雷达技术3个方面,回顾总结了近10年来国内外主要进展。未来,为适应极地冰盖、海冰及其上覆积雪观测研究的多种需求,需要进一步提升冰雷达系统性能(探测深度、跨轨迹向分辨率、垂向分辨率等),并且研制满足新型平台(无人机、卫星等)搭载需求的小型、低功耗冰雷达系统,以及发展多通道、多频、多极化集同观测模式的综合冰雷达技术。

冰雷达是用于极地冰雪探测的主要技术手段,为研究极地冰雪的几何特征、内部结构、冰下地形地貌和冰底环境提供了重要的基础观测数据。20世纪50年代,人类首次发现特定频段的电磁波可以“穿透”南极冰盖,进而在60年代研制出用于极地冰盖冰下探测的冰雷达系统。之后60多年里,随着计算机、电子信息和卫星定位导航等技术的发展,冰雷达技术研究取得快速发展,形成了适用于极地冰盖、海冰及其上覆积雪不同探测需求的多样化冰雷达系统。本文在简要回顾了早期冰雷达技术发展的基础上,着重从极地冰盖深部探测、极地冰盖和海冰浅表层探测以及新型极地冰雪探测冰雷达技术3个方面,回顾总结了近10年来国内外主要进展。未来,为适应极地冰盖、海冰及其上覆积雪观测研究的多种需求,需要进一步提升冰雷达系统性能(探测深度、跨轨迹向分辨率、垂向分辨率等),并且研制满足新型平台(无人机、卫星等)搭载需求的小型、低功耗冰雷达系统,以及发展多通道、多频、多极化集同观测模式的综合冰雷达技术。

极地冰盖底部的冰-基岩界面记录了冰盖的历史演变,反映了冰层的几何特征和冰底环境属性,是推断冰盖动力学和解释冰下地貌的重要指标。机载冰雷达是一种有效的极地冰盖探测方法,但雷达数据受探测环境和仪器自身局限性的影响,会包含各类噪声。为了高效准确地提取冰雷达图像中基岩界面和冰面、降低噪声干扰,利用2015—2016年度中国第32次南极科学考察在伊丽莎白公主地的航空冰雷达观测数据,基于深度学习的pix2pix算法建立了一种自动化提取雷达图像冰面和基岩界面的模型。实验结果表明,该模型提取冰面/基岩界面的精确率为0.863/0.948,峰值信噪比为24.814 dB,均高于以往的K-SVD和CycleGAN同类算法,能更有效地去除噪声、提高图像质量,更高精度地还原现在通用的人工提取效果。

极地冰盖底部的冰-基岩界面记录了冰盖的历史演变,反映了冰层的几何特征和冰底环境属性,是推断冰盖动力学和解释冰下地貌的重要指标。机载冰雷达是一种有效的极地冰盖探测方法,但雷达数据受探测环境和仪器自身局限性的影响,会包含各类噪声。为了高效准确地提取冰雷达图像中基岩界面和冰面、降低噪声干扰,利用2015—2016年度中国第32次南极科学考察在伊丽莎白公主地的航空冰雷达观测数据,基于深度学习的pix2pix算法建立了一种自动化提取雷达图像冰面和基岩界面的模型。实验结果表明,该模型提取冰面/基岩界面的精确率为0.863/0.948,峰值信噪比为24.814 dB,均高于以往的K-SVD和CycleGAN同类算法,能更有效地去除噪声、提高图像质量,更高精度地还原现在通用的人工提取效果。

该文提出一种新的冰雷达成像算法，该算法可以在获得高分辨率冰下剖面图的同时，拥有较高的处理效率。该算法是一种基于快速后向投影的超宽带(UWB)冰雷达成像方法，其修正了多层媒质情况下的雷达与目标之间的距离，以及因多层媒质造成的距离徙动几何变化。该文分析了算法的原理，给出了算法实现的具体步骤，并将其应用于点目标仿真和航空冰雷达数据实验，验证了算法在冰下成像中的有效性。此外，将该方法与现有常用冰雷达算法的成像结果在方位向杂波抑制能力、计算时间和方位向分辨率3个方面进行了对比，证明该算法能够在不降低方位向杂波抑制能力和方位向分辨率的前提下，有效提高计算效率。

该文提出一种新的冰雷达成像算法，该算法可以在获得高分辨率冰下剖面图的同时，拥有较高的处理效率。该算法是一种基于快速后向投影的超宽带(UWB)冰雷达成像方法，其修正了多层媒质情况下的雷达与目标之间的距离，以及因多层媒质造成的距离徙动几何变化。该文分析了算法的原理，给出了算法实现的具体步骤，并将其应用于点目标仿真和航空冰雷达数据实验，验证了算法在冰下成像中的有效性。此外，将该方法与现有常用冰雷达算法的成像结果在方位向杂波抑制能力、计算时间和方位向分辨率3个方面进行了对比，证明该算法能够在不降低方位向杂波抑制能力和方位向分辨率的前提下，有效提高计算效率。

极地冰盖特殊的热交换属性和庞大的含水量，使其成为全球气候变化的“指示器”和“放大器”。由于特殊的地理位置及严峻的气候环境，目前对极地冰盖的立体探测及认识仍旧匮乏。穿冰雷达具备强穿透性和高精度测距能力，成为冰盖立体层析探测的最佳选择，促进了极地科学的快速发展。受制于低频电磁波跨冰冻圈层传播的复杂性和雷达作用距离的大幅增加，迄今为止，利用天基平台实现穿冰探测依然是对地遥感的空白领域。该文针对天基穿冰雷达系统的科学需求和面临的特殊问题展开讨论，分析了天基穿冰系统面临的3大问题：传输衰减、积雪杂波干扰和垂直航迹向分辨率恶化；结合现有研究成果和技术发展趋势，分析了利用微小卫星平台进行分布式编队实现天基穿冰探测的可行性，论证了分布式穿冰雷达关键指标，指出了天基穿冰雷达未来发展亟需解决的关键技术难题，探索实现百米空间分辨率、季节尺度重访的天基穿冰雷达实施方案。

极地冰盖特殊的热交换属性和庞大的含水量，使其成为全球气候变化的“指示器”和“放大器”。由于特殊的地理位置及严峻的气候环境，目前对极地冰盖的立体探测及认识仍旧匮乏。穿冰雷达具备强穿透性和高精度测距能力，成为冰盖立体层析探测的最佳选择，促进了极地科学的快速发展。受制于低频电磁波跨冰冻圈层传播的复杂性和雷达作用距离的大幅增加，迄今为止，利用天基平台实现穿冰探测依然是对地遥感的空白领域。该文针对天基穿冰雷达系统的科学需求和面临的特殊问题展开讨论，分析了天基穿冰系统面临的3大问题：传输衰减、积雪杂波干扰和垂直航迹向分辨率恶化；结合现有研究成果和技术发展趋势，分析了利用微小卫星平台进行分布式编队实现天基穿冰探测的可行性，论证了分布式穿冰雷达关键指标，指出了天基穿冰雷达未来发展亟需解决的关键技术难题，探索实现百米空间分辨率、季节尺度重访的天基穿冰雷达实施方案。