风云三号降水卫星多角度偏振成像仪的观测特点和应用潜力

准确测量大气中云和气溶胶的辐射特性对数值天气预报和气候变化具有重要意义。搭载在风云三号降水卫星上的偏振载荷是国内首个具有短波红外通道的多角度偏振成像仪(Polarization and Multi-Angle Imager, PMAI),计划于2023年年初发射,为气溶胶-云-降水观测链条提供重要支撑。该仪器运行在非太阳同步的倾斜轨道,可提供3 km(星下点)空间分辨率和700 km幅宽的图像。PMAI的观测通道包括1030 nm、1370 nm、1640 nm的偏振通道和相应的非偏振通道,可提供14个角度的观测信息。PMAI将利用自然目标的在轨替代定标和同平台仪器的交叉定标,实现5%的辐射测量精度。观测和仿真数据表明PMAI拥有描述云和气溶胶特性的独特优势。全新的短波红外通道的多角度偏振测量可以优化云相态识别和云微物理参数反演、气溶胶的地气解耦以及地表方向反射特征的表述。处于非太阳同步轨道的PMAI具有独特观测几何,可以获得大气粒子辐射更宽的散射角分布信息。此外,PMAI可联合同平台中分辨率光谱成像仪的可见近红外和热红外通道的观测信息,进行云和气溶胶的协同反演。

红外热图像像质评定方法

根据红外热图像和视觉认知的特点提出了一种新的红外图像质量评定方法──信息容量法。该方法考虑了视觉适应性和红外图像相关性，根据多维直方图定量评定红外图像质量，具有客观及与视觉一致的特点。

一种热图像的多模板边缘检测方法

该文提出一种基于多分辨分析思想的多模板边缘提取方法。它根据热图像边缘灰度阶跃与噪声在不同分辨率层次上表现出来的相关性质，合理地确定检测规则并推断边缘。

红外图像的二维灰度变换增强方法

讨论了红外图像的二维灰度变换增强方法。为了准确地提取和增强景物灰度分布区间，提出了二维直方图的概念，并且通过分区域交增益二维灰度变换来适应各种复杂场景，结果表明，本文方法能够增强原图像的全部信息、明显地改善了视觉观察效果，优于传统的灰度变换方法。

多角度偏振探测技术

介绍了偏振遥感技术的用途以及国内外发展情况。详细论述了国内第一台空间多角度偏振探测仪器——天宫二号多角度偏振探测仪的技术方案、偏振定标试验、航空飞行试验和在轨飞行试验,并给出了评价结论。

基于图像特征的多元平滑算法

基于图像特征的分析,本文提出了一种能够最大限度地保持图像细节、且同时滤除图像随机颗粒噪声与结构性噪声的多元平滑算法。该算法优于图像系统通常采用的均值与中值滤波方法。

基于FPGA的电流采集系统设计

在大气垂直探测仪干涉调制系统中,为满足摆动扫描电机驱动反射镜扫描时的稳定性要求,提出一种应用于空间遥感仪器的电流采集系统设计。在现场可编程门阵列控制下,使外围电路协同工作,实现对电机电流输出信号进行连续采样、存储及传输。实验结果表明,通过该系统采集获取的电流波形与理论分析相一致,并且具有较高的稳定性。

风云三号气象卫星红外分光计在轨交叉定标精度监测系统

为了满足定量遥感对红外探测仪器定标精度监测的需求，采用风云三号气象卫星红外分光计（IRAS）与国际基准红外高光谱探测仪器进行交叉比对的方法，建立了FY-3C气象卫星红外分光计与高光谱仪器IASI的在轨交叉定标精度监测系统．通过对2014年一年的IRAS观测数据的定标精度监测和分析，结果显示，IRAS与IASI的相关系数均在O．98以上，通道1和18的定标偏差最大，分别为-3．7K和2．1K，通道9和16也有超过1K的偏差，其他通道的平均偏差均在1K以内．地表观测通道8、9、18、19、20由于受卫星观测时空变化频繁的影响偏差标准差较大，在1．5～3K左右，其他通道观测误差稳定性较好，均在1．5K以内．通道2、3、4，1O～13的定标偏差随目标亮温变化趋势不明显，通道14～20定标偏差随目标亮温变化趋势最强，最低和最高目标亮温对应的定标偏差之间的差别最大可达到5K．定标偏差的时间序列分析表明大部分通道的定标偏差在一年的时间内保持稳定，变化幅度不超过O．3K；通道15、19、20的定标偏差变化幅度约为1K，通道1、14、16、17、18定标偏差一年的变化范围达到2～4K．总之，在轨交叉定标精度监测系统为实时监测定标精度的变化提供了有效工具，为诊断仪器性能和改进定标方案提供了参考依据．

激光干涉仪光电检测电路的设计

依据大气垂直探测仪的设计要求,给出激光干涉信号光电检测电路的实现方法。通过选择合适的探测器,对前置放大级进行噪声分析,设计了低噪声光电转换前置放大电路。利用Multisim对2阶Butterworth低通滤波器进行仿真,验证了所设计的滤波器是可行的。简化设计了整形电路,从而获取脉冲输出信号。

音圈电机伺服系统模糊PID控制

以音圈电机工作原理分析为基础,给出其动态数学模型。采用模糊推理方法对PID参数进行修正,设计了一种参数自整定模糊PID控制器,并应用于音圈电机驱动摆扫反射镜系统。通过对伺服系统进行仿真分析,验证了所设计的模糊PID控制器是可行的,且显示出其较好的自适应性和鲁棒性。

1553B总线控制方法研究

本文介绍了MIL-STD-1553B总线协议,总结了总线控制设计的一些基本准 则.同时针对不同系统和功能要求探讨了总线控制的一些常用方法.

FY-3A气象卫星大气垂直探测仪器数据几何位置匹配试验

随着卫星搭载的有效载荷数目的增加,卫星数据种类也不断增加,利用有限的数据资源获得多种卫星或多种仪器遥感数据源的信息,可以增强对目标物的检测与识别能力,提高卫星遥感应用的精度、范围和效率。以风云三号气象卫星L1级模拟数据为基础,用建立匹配查找表的方法进行红外分光计、微波温度计、微波湿度计三个大气垂直探测仪器的数据几何位置匹配技术研究,把三个仪器的观测资料统一匹配到红外分光计的观测格点上,并对匹配前后的资料进行了分析。匹配结果表明,当微波湿度计观测资料匹配到与其分辨率相差不大的红外分光计格点上时,其探测资料的精度损失不大,基本上保持了原有分辨率上观测资料的数据分布信息。而当微波湿度计观测资料匹配到与其分辨率相差较大的微波温度计格点上时(从15km分辨率匹配到50km分辨率上),总的数据信息损失不大,只有一些较细致的数据纹理信息有所损失,匹配后的观测资料为卫星大气垂直探测提供了良好的数据基础。

我国新一代极轨气象卫星红外分光计真空辐射定标试验

为了测试红外分光计红外通道的辐射探测性能,确定仪器地面参考定标系数,为分析反演产品误差提供依据,星载仪器的地面定标是仪器上星前必须要做的一项重要工作。基于我国新一代气象卫星红外分光计热真空定标试验数据,利用仪器通道接收的入射辐射与其输出信号值的相关特性,采用统计回归方法,建立了二者之间的转换关系,得到了热红外通道的定标系数,分析了红外分光计红外通道输入辐射量与输出信号的非线性响应。当目标黑体温度为290 K时,计算了仪器的灵敏度。结果表明：红外分光计存在一定的非线性响应,在220~330 K的目标温度范围内非线性偏差大都在0.4 K以内,仪器灵敏度达到了设计指标要求。

风云三号B星红外分光计的定标和验证

搭载于风云三号A星和B星上的红外分光计(IRAS)分别于2008年5月27日和2010年11月5日成功发射。该仪器主要提供从可见光到红外波长范围内多通道的辐射观测,并可应用于资料同化、全球大气温度和水汽廓线反演等领域。搭载于风云三号A星上的IRAS由于滤光轮转速不稳定,导致仪器观测不连续。风云三号B星上的IRAS运行正常,处于稳定的业务模式。利用仪器在轨3个月期间的资料,进行了一系列的在轨定标和验证试验,对IRAS仪器的性能进行了一系列的验证,包括冷空和暖黑体定标计数值的长期趋势、噪音等效辐射率等。利用IRAS和红外大气探测干涉仪(IASI)同时观察到的地球场景进行比较,证明了两种观测非常相似。另外,将FY3B/IRAS红外通道的观测与NOAA-19/HIRS对应的通道的辐射传输模式模拟进行了对比。对比结果显示相对于HIRS,部分IRAS红外通道,尤其是通道1到10,15,19和20偏差很小。但是少数通道,如通道13,16和18有较大的偏差。造成这些偏差的原因仍需要进一步的研究。

傅里叶变换光谱仪动镜驱动控制技术

动镜驱动控制技术是傅里叶变换光谱仪的重要组成部分。本文从干涉成像光谱技术原理出发,介绍了迈克尔逊型傅里叶变换光谱仪动镜驱动技术的进展及其应用情况。提出了新型摆扫式干涉机构动镜驱动系统的方案。基于模糊PID控制策略,给出了此驱动系统的闭环控制实现方法。

基于多模板规则的多元映射图象平滑方法研究

基于超越函数和多分辨分析的思想，提出了一种图象空域平滑方法。该算法依据图象多层邻域卷积的一致性，自适应地选择平滑单元。它具有保持图象细节、稳健性较强和运算速度较快等优点；还提出了衡量图象清晰度的局部误差。

摆扫干涉光谱仪信号调制度影响分析

信号调制度是摆扫干涉光谱仪的一个重要性能指标。从摆扫干涉光谱技术原理出发,就反射镜的镜面弯曲误差、分束器性能变化和平行动镜的倾斜误差等几个方面对信号调制度的影响进行理论分析,给出了调制度表达式,并指出调制度与相对应的性能参数之间的关系。

玻璃幕墙与金属幕墙设计要点分析

当前建筑行业飞速发展,在设计上也有了很多丰富的内容。幕墙,因为它的时代感较好,展现出来的感觉比较美观大气,所以在各种建筑中使用都是很广泛的。但是建筑幕墙也有自己的问题,比如玻璃幕墙,因为受到建筑的结构、楼层的高低、材料使用上的一些限制,让它的性能可能没有办法和传统的墙体进行比较。所以在对玻璃幕墙和金属幕墙设计的时候,就要掌握一些要点,把它们的优势能够更好地发挥出来。

基于Forman法对遥感干涉图像进行相位校正的改进

相位误差的校正是傅立叶变换光谱仪器计算处理中的重要环节,Forman法是常用的校正方法之一。针对For- man法运算量大、实时性差的缺点,提出了对它的计算过程进行改进的方法。在分析Forman相位校正算法的基本原理和运算流程的基础上,充分运用傅立叶变换和卷积的性质,简化了计算过程,有效的提高了计算效率。重点研究了算法改进的方法和途径,并给出了其流程。最后,估计了改进前后方法的运算量和处理时间的对比。

高光谱大气探测仪干涉信号的获取电路设计

高光谱干涉探测仪是一种利用干涉原理来测量输入辐射的光谱强度和光谱分布的仪器,它的用途十分广泛。可用于军事伪装目标的多光谱识别、农作物生长状况检测以及航空航天大气温湿廓线的遥感等等。对高光谱大气探测仪输出的干涉信号形式进行了分析,根据其特点,详细讨论了前放的噪声匹配的问题,控制噪声在探测器噪声的背景限下.然后用滤波等方法进一步减少噪声,进行采样后获取有用信息。结合信号特征设计了整个数据采集电路。