海面对激光的方向反射率分布研究

利用随机面元模型,对海面的激光方向反射率分布进行了理论分析,并对多种典型条件下海面对激光的方向反射率分布进行了数值模拟.结果表明,海面的总反射率较低,约为1%～6%,但在入射角超过40°后,总反射率快速增大.激光入射角为30°、海面风速为1～14m/s时,激光的方向反射率都比较大(0.1～0.48sr范围内).

利用BRDF原型和单方向反射率数据估算地表反照率

地表反照率是影响地表能量收支平衡的决定性参数之一,精确反演地表反照率需要考虑地表各向异性反射特征。本文尝试以双向反射分布函数BRDF原型为地表各向异性反射的先验知识,通过单方向反射率反演地表反照率。首先根据地面实测及MODIS多角度反射率数据对反演方法进行分析和精度评价,然后借助MODIS BRDF产品统计出研究区的主导BRDF原型,并联合环境一号卫星(HJ-1)单方向反射率数据反演30 m地表反照率,最终将结果与地表实测数据进行比较。结果表明:BRDF原型对BRDF的变化进行了约束,且能够适用于几十米尺度的遥感数据反照率的反演;不同级别的各向异性反射特征的分布是不均一的,借助于主导BRDF原型能够使大部分样本的地表反照率满足精度要求;利用研究区MODIS BRDF产品统计得到的主导BRDF原型为先验知识,通过HJ-1数据反演得到的地表反照率与地表实测反照率有较高的一致性,而朗伯假定条件下的反照率高于实测结果。本文算法简单高效,可为产生全国范围的中高分辨卫星反照率产品提供有价值的算法参考。

渤海平整海冰多角度反射光谱特征

近些年来,遥感技术在渤海海冰的监测中发挥了举足轻重的作用。海冰的反射特征是利用光学遥感监测海冰的基础。在晴空条件下,对盛冰期渤海辽东湾东部3种典型的平整海冰的半球-方向反射率因子(hemispherical directional reflectance factor,HDRF)进行了测量,并计算了相应的各向异性因子(anisotropy factor,ANIF),结果表明,只有在太阳光入射主平面内的前向反射方向附近,半球-方向反射率因子与各向异性因子才会迅速增加,而在其他方向上两者的变化不明显。平整海冰的厚度和内部结构等因素会影响HDRF和ANIF随波长变化的特征,在350～1 350nm波段,厚度较小且表面光滑的平整海冰的HDRF值相对较小,而厚度较大的平整海冰的HDRF值相对较大。在350～950nm波段,厚度较小且表面光滑的平整海冰ANIF相对较大,而厚度较大的平整海冰的ANIF值相对较小。以上结果充分说明海冰对太阳光入射辐射的反射是冰-气界面的反射与冰体内部的散射的综合结果。

基于HJ-1 CCD数据的地表反照率反演

波段设置的有限性以及有限的观测角度限制了HJ-1 CCD数据在地表反照率反演方面的应用。该文利用高质量的POLDER-BRDF(双向反射分布函数)数据集分别在植被、裸土、冰雪地物覆盖下模拟了不同观测几何条件下CCD 4个波段的地表方向反射率的短波波段地表黑空反照率(直入扇出反照率)和白空反照率(扇入扇出反照率);基于太阳和传感器观测几何原理对模拟数据进行分格网最小二乘回归分析,构建了基于CCD 4个波段地表方向反射率和短波波段地表反照率估算模型;选取黑河高质量的HJ-1 CCD数据开展了短波波段地表黑、白空反照率的反演实验,并利用实测的地表反照率数据对模型的精度进行了评价。结果表明,在满足验证条件的23组数据中,有21组数据的绝对误差在0.03以内。

各向异性粗糙海面对掠入射激光的散射特性研究

针对目前粗糙海面的激光散射场模型并不适用于激光束掠入射的情况以及忽略风速的影响,基于Cox-Munk模型及基尔霍夫近似(KA)模拟各向异性粗糙海面,建立海面对掠入射激光束的方向反射率分布模型,仿真分析了方向反射率随风速、风向、入射角、入射方位角、反射角、反射方位角的变化规律,并通过水池实验进行了验证。结果表明:粗糙海面对激光束的散射能量主要分布在以被照射海面为顶点的圆锥形角空域,此空域角方向位于镜面反射方向附近,且随着风速的增加,空域角逐渐变大,对于掠入射的激光束,由于海浪的遮蔽效应,空域角方向会偏离镜面方向。该模型可以为激光半主动制导导弹对海上小目标射击研究以及利用激光束照射粗糙海面布设激光诱饵研究提供一定理论依据。

粗糙大粒子散射相函数的研究

散射是粒子重要的辐射特性之一 ,而散射相函数反映的是入射能量经粒子散射后在方向上的分布 ,所以它是反映粒子辐射特性的重要参数。目前已经有很多人用几何光学的方法计算了大粒子的散射相函数 ,但大多数只考虑了镜反射和镜折射的情况 ,而实际粒子的表面是粗糙的 ,本文试图在一些必要的假设前提下 。

粗糙目标样片光谱双向反射分布函数的实验测量及其建模

实验测量了紫红色和白色涂漆板在400-780nm内的光谱双向反射分布函数（光谱BRDF），分析了光谱双向反射分布函数随波长及散射角的变化趋势与目标样片光学特性的关系。应用改进的粒子群算法，结合双向反射分布函数五参量模型，获得了测量光谱范围内各波长（间隔1nm）对应的共381组五参量值。利用五参量模型计算了目标样片的光谱双向反射分布函数及其方向半球反射率（DHR），并与实验测量数据相比较，两者吻合良好，表明目标光谱双向反射分布函数建模方法与结果的可行性和可靠性。目标样片的光谱双向反射分布函数可以用来研究目标的光谱散射特性，对目标的探测、跟踪、识别和特征提取等具有重要的应用价值。

基于物理模型训练神经网络的作物叶面积指数遥感反演研究

叶面积指数(LAI)是估算作物生长的关键参数。基于物理模型的LAI反演,被认为是当前最为可靠的方法,但其反演复杂。本文提出了将物理模型和神经网络相结合,从地表反射率反演叶面积指数的算法,利用MOD IS地表反射率和4-scale模型反演作物LAI。(1)利用4-scale模型模拟不同LAI与地表反射率的关系,生成训练数据;(2)利用模型模拟的LAI训练神经网络;(3)以MOD IS地表反射率输入训练后的神经网络,反演LAI。估算的LAI与其他LAI产品进行了比较,结果表明,估算的作物LAI和MOD IS及CYCLOPES LAI产品空间和时间分布一致,均方根误差分别为0.4994和0.6558。以2004年衡水的作物LAI地面观测数据进行了直接验证,估算的LAI与研究区地表植被分布一致,但是,三种卫星LAI产品都小于地表测量,故需针对华北平原浓密作物设计模型参数化方案。

“电离和光辐射极端量计量关键技术研究”项目获“国家质量基础的共性技术研究与应用”重点专项支持

随着电离和光辐射应用的蓬勃发展,对于计量技术的需求不断向极强、极弱等极端情况发展。在国家重点研发计划＂国家质量基础的共性技术研究与应用＂重点专项中,设立了＂电离和光辐射极端量计量关键技术研究＂项目,将针对电离和光辐射领域低剂量率、高注量率、低方向反射率和超高激光功率等极端量计量需求。

Method study and uncertainty analysis of calibration coefficients validation based on the Inner Mongolia test site

Calibration coefficients validation is the foundation for ascertaining the sensor performance and carrying out the quantitative application.Based on the analysis of the differences between the calibration and validation,two calibration coefficients validation methods were introduced in this paper.Taking the HJ-1A satellite CCD1 camera as an example,the uncertainties of calibration coefficients validation were analyzed.The calibration coefficients validation errors were simulated based on the measured data at an Inner Mongolia test site.The result showed that in the large view angle,the ground directional reflectance variation and the atmospheric path variation were the main error sources in calibration coefficients validation.The ground directional reflectance correction and atmospheric observation angle normalization should be carried out to improve the validation accuracy of calibration coefficients.