卫星光学传感器全过程辐射定标

光学传感器全过程定标,就是对传感器从研发到使命终结整个过程的检测与定标,它包括在传感器研制过程中在实验室利用人工源和室外自然源对其辐射特性进行检测和定标,也包括建立与传感器一起工作的星上定标系统装置,以便当卫星发射升空传感器开始正常工作后,定期地应用星上定标系统对传感器响应的变化进行相对或绝对的定标,全过程定标同时包括在轨运行期间采用基于陆地(或海面)特性的“替代定标”,或借助其他卫星进行的“交叉定标”,最终依据定标结果来确定传感器使命的终结。全过程定标是一个系统实验过程,提高传感器应用效益是其目的,提高定标精度是目标,标准及标准传递是贯穿全过程定标的主线,为此而发展的定标系统和方法是全过程定标的技术支撑,本文作者及其研究室的工作涉及上述全过程的内容,本文首次将全过程定标所涉及的内容系统地予以阐述。提高定标的精度不仅要从系统硬件构成上考虑,如高精度低温绝对辐射计、传递标准探测器、积分球、标准板等,更需要从方法和实验上解决问题,如标准传递过程误差源的分析与控制,大气空间中辐射传输衰减校正模型以及相关的实验等。

对地遥感中的光谱偏振探测方法研究

简要分析了遥感偏振探测与现行的遥感强度探测在物理含义方面的区别 ,并举例说明了偏振遥感信息在表达暗目标 (或低照度 )和人工建筑目标方面有更丰富的内涵。从物理数学方法上简要归纳了遥感偏振信息的处理解译过程。给出了一种航空光谱偏振CCD相机的主要技术指标设计 ,并与法国的POLDER偏振仪进行了类比。

空间外差光谱仪系统设计

围绕空间外差光谱仪系统参数设计进行了理论分析和实验研究。介绍了空间外差光谱仪系统的基本结构和原理，并针对其光学系统设计，详述了系统的主要指标：光谱分辨率极限、分辨能力、光谱范围与关键光学器件：光栅、探测器、成像系统等参数的匹配关系。给出了一个完整的系统参数设计实例，并根据光学系统参数对干涉图进行了理论仿真。以搭台的方式建立空间外差光谱仪原理试验装置，并进行了典型光谱实验验证，系统检测结果表明光谱分辨能力在591nm达到了17700，光谱范围为574-59lnm。实验结果与仿真结果比较还表明，系统的光谱范围、光谱分辨率等指标达到了设计要求，验证了设计方法的可行性。

人工目标偏振特征实验研究

简要介绍了多波段偏振成像技术 ,着重分析了某些主要人工目标的偏振特征。从光波的偏振传输特性着手 ,讨论了它们偏振态的空间变化和光谱变化 ,这些变化反映了目标的纹理特征、表面结构以及材料的类型。

空间外差光谱仪干涉图数据处理

空间外差光谱技术是一种新型的超分辨光谱技术。介绍了空间外差光谱仪的基本原理,并针对其特点提出了干涉图数据处理的方法。首先通过一阶差分对干涉图进行去基线处理,然后使用三角函数作为切趾函数对干涉图进行切趾,并对傅里叶变换光谱进行相位校正,最后采用已知双线光源对空间外差光谱仪原理试验装置进行波长定标。文章以Na双线与Hg谱线进行波长定标,得到了波长定标曲线。通过以上的方法对空间外差光谱仪干涉图数据进行处理,能有效地提高干涉图反演光谱的精度。

光学遥感基础实验过程

敦煌辐射校正场，是我国为实现对地观测卫星传感器的辐射校正于１９９６年确定的陆地校正场．校正场实验的目的是准确把握场地的遥感光学特性，用于校正模式模型的建立以及实施卫星传感器的校正的同步观测．校正场实验是光学遥感基础实验过程较为系统和完整的范例之一．

利用热红外偏振成像技术识别伪装目标

介绍了热红外偏振测量的原理,采用利用偏振信息在红外图像中识别伪装遮障的方法研制了一台热红外偏振成像仪,编写了偏振信息分析软件。利用该系统对地物背景(土壤)中的不同种类金属目标板及红外伪装遮障进行了热红外偏振成像探测实验。结果表明:在利用热红外偏振探测系统获得的Stokes矢量图中,地物背景、金属目标板及红外伪装遮障的热红外偏振特性各不相同,并且和其红外辐射强度无关,相对红外强度探测更容易从地物背景中识别出金属目标板及红外伪装遮障。

光学传感器星上定标漫射板的特性测量

为了考察星上定标漫射板的光学特性及其在航天环境下的稳定性,对其进行了方向半球反射比(DHR)、双向反射比因子(BRF)、双向反射分布函数(BRDF)等反射特性的测量;同时,进行了系列环境模拟试验。结果显示:星上定标漫射板反射率在可见近红外波段可达0.99,光谱差异<0.01,在短波红外波段达0.95以上;10～60°BRF变化低于0.1,0～60°BRDF变化<0.045,其方向特性与光谱、紫外辐照关系不大;漫射板350nm反射率在120h等效紫外辐照下的衰变<3%,其光学特性受原子氧、质子轰击影响甚微,并通过了航天级力学环境试验。试验研究表明:漫射板具备高反射率、光谱平坦性、朗伯性及其在航天环境下的稳定性,能够满足航天应用要求。

偏振遥感图像特性表征及分析

本文基于实验型偏振CCD相机,在自然光照条件下,进行了自然目标和人工目标的偏振图像数据获取实验、结果显示:偏振图像信息与强度图像相比,低照度（阴影等）部分,特别是边缘信息得到了增强。从模拟目标样品的实验结果看,偏振信息对纹理探测效果十分明显,结合边缘信息的增强作用,偏振探测在军事侦察及伪装检测等方面有着广阔的应用前景。

一种高精度偏振遥感探测方式的精度分析

检偏器的角度误差是影响偏振遥感探测精度的重要因素之一,是许多高精度定量化偏振遥感需要考虑的一个问题。在检偏器(0°,60°,120°)放置的测量系统中,当入射光偏振角接近于0°或180°时偏振测量易产生最大误差值,而偏振角接近30°,90°和150°时,偏振度的测量具有很高的精度;在检偏器(0°,45°,90°)放置方式中,偏振角接近45°的光束测量易具有最大误差值,而偏振角接近于0°,90°和135°时,角度误差对偏振度测量精度的影响很小。除了个别偏振角外,对高偏振度入射光束的偏振测量通常具有较大的偏振测量误差。因此,引进线偏振光的平均偏振度测量精度描述偏振测量装置的优劣,结果表明检偏器(0°,60°,120°)放置方式优于检偏器(0°,45°,90°)放置方式。

利用风云三号微波成像仪资料遥感“桑达”台风降雨云结构

本文利用搭载于我国风云三号B星上的微波成像仪(MWRI)观测亮温数据,结合戈达德廓线反演算法,对1102号"桑达"台风地面雨强和降雨云结构进行反演试验.利用AMSR-E业务降水产品对地面雨强反演结果进行了检验,结果表明,MWRI和AMSR-E反演的地面雨强在空间分布上非常吻合,相关性达76%,均方根误差约2.8mm/h,二者的观测亮温及地面雨强反演结果具有较好的一致性.提取洋面台风雨区的平均水凝物廓线,其垂直结构显示,雨水和可降冰含量丰富,随高度变化明显,且具有明显峰值高度,云水和云冰含量则较少,且随高度变化不明显;当降水增强时,雨水和可降冰各层含量稳定增加,且峰值高度基本保持不变,云水和云冰含量则增幅不稳,且峰值高度有所改变.地面雨强随距台风中心距离的变化阐释了台风的螺旋结构及降水特点,距台风中心距离0.3°和0.6°附近分别出现了地面雨强峰值和次峰值,且66%的降水集中在距台风中心距离1°的空间范围内.MWRI提供的台风地面雨强和降雨云垂直信息具有较高的可信度,对于我们监测台风降水、分析台风降水结构的时空演变特征以及数值预报模式应用等具有重要的参考价值.

红外光谱仪多点定标方法及环境温度校正

在红外光谱仪的定标中 ,为了减小误差 ,可以选取多温度点的测量来进行定标 ;此外对于测量较弱红外辐射的光谱仪 ,环境温度对定标结果也有不可忽视的影响 .本文主要讨论利用测量多温度点的标准黑体进行定标的方法。

基于环境一号卫星超光谱数据的多元回归克里格模型反演湖泊总氮浓度的研究

水体中总氮含量是表征湖泊水质的主要指标,利用遥感技术对其动态定量监测可以及时掌握湖泊污染状况。文章以巢湖为例,利用HJ-1A卫星HSI超光谱遥感数据,通过分析总氮与叶绿素a、悬浮物的相关性,采用回归克里格方法建立总氮浓度的定量反演模型,实现了对巢湖水体总氮浓度的反演。结果显示,波段B72,B79和B97的多元线性组合与总氮浓度的相关系数R2为0.76,而利用多元回归克里格模型,相关系数R2提高到0.83。通过使用这种对常规回归模型残差优化的方法,能有效提高反演的精度,为建立通用的湖泊总氮浓度定量反演模型提供了有益的探索。

CBERS-02卫星CCD图像的大气订正

用基于遥感器辐射定标参数和大气辐射传输模型计算的方法对CBERS-02卫星CCD图像进行了大气订正,较好地消除了CCD遥感图像中非目标地物的成像信息。为了消除目标邻近像元的影响,假定目标是处在某一特定反射率的大尺度参考背景下,然后再将反射率修正到实际背景中,通过这种方法获得的大气订正图像的细节部分更加清晰,对比度增强,大大改善了CCD图像的质量。

基于LCTF调谐的高光谱成像系统设计

提出一种新的轻小型高光谱成像系统,将液晶可调谐滤光片LCTF应用于高光谱成像技术,用电调谐的LCTF代替传统的机械滤光片转轮,在可见-近红外波段上可快速地实现波长的任意调谐。系统由光学镜头、LCTF和CCD探测器组成。文章首先详细描述了系统结构、光学设计及其工作原理;再利用该成像系统,以飞艇为平台进行了野外试验,获取了高光谱立体图像,所获取的图像有较高的空间分辨率和光谱分辨率;文章给出16个波段中546～600nm的局部图像数据,最后对图像进行初步的数据处理,推导出地物420～720nm的光谱反射率。试验验证了该成像系统的高光谱数据成像获取能力,成像数据可应用于光谱分析。

空间目标光学特性模拟实验研究

通过不同材料、形状的空间目标模拟实验测量,研究了几种简单形状目标和卫星缩比模型的光学特性。结果表明:光源-目标-探测器的位置对目标的光学特性起决定作用,对于球体和柱体目标来说,光源和探测器的相位角是影响接收到光辐射的主要因素,而对于立体状目标,它的光学特性则与特定的入射角和观测角有关;对静止卫星而言,其光学特性主要受太阳能电池板对地夹角和观测面积的影响。该研究有助于实际观测数据反演空间目标的姿态,便于对空间目标特性数据进行归类和分发。

基于LCTF的多光谱面阵CCD相机的辐射定标

基于液晶可调谐滤光片(LCTF)的多光谱面阵CCD相机是一种新型的多(高)光谱成像系统,它利用液晶的电控双折射效应和偏振光的干涉原理,在面阵CCD上记录任意一个波长的图像信息。由于LCTF和帧转移型面阵CCD工作方式的特殊性,普通的定标方法不能满足遥感应用的精度需求。提出用积分球+标准探测器的定标系统对相机进行性能检测和定标实验,并通过帧转移拖影校正和数据处理算法改进,实现相机绝对辐射定标系数的计算,最后通过外场实验对定标结果的有效性准确性进行验证。实验结果表明,该定标结果准确有效,能够从获取的多光谱图像数据定量地反演出地物真实的辐射信息。该相机辐射定标问题的解决及精度的提高,将有效地提高其图像数据的应用领域。

空间外差光谱仪定标方法研究

空间外差光谱仪(SHS)是近年来迅速发展起来的新型超光谱分析技术,但针对该项技术的定标研究方法还不成熟。本文在分析空间外差仪原理的基础上,探讨了SHS实验室定标方法,内容包括光谱定标和辐射定标。利用可调谐激光器与元素光谱灯,根据光谱带宽内的发射谱线所对应的波长,以及探测器尺寸与系统带宽之间的关系,设计了光谱定标方案。定标结果显示仪器光谱分辨率和光谱范围与理论设计值一致,通过多次光谱稳定性测试,光谱漂移较小。在辐射定标中,利用积分球系统进行了稳定性定标,利用标准灯和漫反射板完成了响应度定标,并利用定标系数进行了实例验证。定标结果显示该方法能够满足空间外差光谱仪定标要求,为获取的光谱数据进行定量反演奠定了基础。

空间外差光谱技术实验研究

空间外差光谱技术是一种可实现超光谱分辨率的新型光谱分析技术,该技术综合光栅与FTS技术于一体。介绍了空间外差光谱仪基本原理以及系统光学结构,并对其性能进行了分析讨论。以实验室搭台的方式建立了空间外差光谱仪原理试验装置;经检测,装置在591nm波段的光谱分辨能力达17700,光谱范围为17nm。在原理试验装置上进行了激光、连续光谱、Hg双线和Na双线光源的空间外差光谱实验。实验结果显示了空间外差光谱技术在超高光谱分辨率探测的能力。

湖泊水体高光谱遥感反演总磷的地统计算法设计

高光谱遥感应用于内陆湖泊水质监测具有较好的发展前景,但由于内陆湖泊水体光学环境的时空多变性,如何高效利用水体高光谱特征信息,降低数据冗余度,发展高精度的水质参数反演模型具有重要的意义。针对上述问题,以巢湖为例,将遗传算法和地统计学相结合,利用环境一号(HJ-1A)卫星HSI高光谱遥感数据,建立了基于协同克里格遗传算法的湖泊水质总磷浓度高光谱遥感反演模型。实验结果显示,与传统遗传算法比较,协同克里格遗传算法模拟的ME、RMSE分别提高了128.2%、53%。经总磷实测值和反演值比对,建模和检验的相关系数R2分别为0.85、0.77。反演结果表明:协同克里格遗传算法通过利用克里格插值对传统遗传算法目标函数优化改进,使其具备克里格最佳局部估计能力,能够有效提高反演的精度。