基于联合方向梯度和均值对比度的红外弱小目标检测方法

针对小目标在整幅图像中占比很低,且目标周围存在大量杂波,提出了一种基于联合方向梯度(Associated Directional Gradient,ADG)和均值对比度(Mean Contrast,MC)的红外弱小目标检测算法。该算法由两个模块组成:ADG利用红外弱小目标的高斯分布模型,将单一方向的梯度与一个相邻方向上的梯度相加组成新的联合梯度特征,增强真实目标、抑制背景杂波的同时能够消除高亮边缘对目标检测效果的影响;MC融入方向信息来计算目标的多方向对比度,选用多方向对比度的最小值抑制结构噪声,并将均值滤波的思想引入对比度的计算,抑制背景中的孤立噪声,进一步降低检测的虚警率。在实际红外图像上的实验结果表明,该算法在增强目标信噪比和抑制背景噪声方面,能够取得较好效果。

DQ-1宽幅成像光谱仪发射前载荷定标技术

大气环境监测卫星作为国家民用空间基础设施规划中的科研卫星,其遥感应用需求对其载荷的定量化精度要求越来越重要。宽幅成像光谱仪作为大气环境监测卫星中的主要载荷,可获取光谱范围从可见光至长波红外(0 415~12 000μm)的陆表和大气多光谱信息。采用45°扫描镜配合消旋系统的扫描方式,光路结构采用同轴望远镜系统,实现3个探测器焦面上21个谱段的同时对地的超宽幅高空间分辨率成像。为了准确地获取能量和仪器响应之间的定量关系,在卫星发射前开展宽幅成像光谱仪全光路、全口径辐射定标试验,分别介绍了可见到短波谱段积分球定标技术和中长波谱段热真空红外定标技术,为用户定量应用提供了良好的保障,并对定标过程中传递路径下的误差来源及精度进行分析评估。

基于F-P干涉仪CH_(4)气体点源探测关键参数仿真分析

基于多光束干涉光谱成像原理,研究一种高空间分辨率甲烷气体点源探测方法。首先,介绍了甲烷气体探测仪的工作原理和探测方案,详细设计法布里-珀罗干涉仪的系统参数,并建立甲烷气体探测正演模型。然后,分析了干涉信号和甲烷浓度之间的对应关系,以及仪器参数对探测灵敏度的影响。最终,迭代优化得到各光学结构参数的最优取值。结果表明,在甲烷探测波段为1630~1675 nm,自由光谱范围为12.5 nm,光谱分辨率为0.1 nm,法布里-珀罗标准具腔长为0.08 mm,腔内反射率为97.5%,截止滤光片范围为(1630±4)nm~(1675±4)nm时,探测源25%浓度变化对应的干涉信号相对变化量范围为[0.65%,4.30%],探测灵敏度较好。研究结果可为高精度碳监测提供理论依据和技术支撑。

TAU-OMEGA遥感辐射模型改进与参数化

大尺度地表土壤水分信息的获取对水资源管理、农业生产以及气候变化等相关研究具有重要意义。TAU-OMEGA(τ-ω)模型是利用被动微波遥感技术进行大尺度土壤水分信息提取的常用模型。由于τ-ω模型忽略了植被层的体散射作用,该模型仅适用于L波段,存在C波段适用性差及模型参数无法定量计算的问题。针对此问题,该研究在分析植被冠层对微波散射机制的基础上,通过增加反映冠层多次散射作用的辐射添加项对τ-ω模型进行了改进,成功解决了模型在C波段的适用性问题;通过理论推导,得出了模型ω参数的理论计算方法,基于模拟数据集,实现了基于冠层叶面积指数的模型ω和τ参数的计算,解决了τ-ω模型中ω参数无法根据遥感数据进行定量计算的问题。以玉米冠层为例,在C波段(6.6 GHz),改进的τ-ω模型对地表微波辐射亮温的模拟值与实测数据保持了较好的一致性,模拟误差较改进前有了极大的下降,V极化均方根误差为3.02 K,H极化均方根误差为3.94 K,结果表明了该研究提出的模型改进与参数化方案的合理性,研究结果为联合光学和被动微波遥感数据进行大尺度土壤水分反演奠定了基础。

一种应用于卫星中红外遥感的辐射传输简化计算方案

作为可见光-近红外和热红外的连接谱段,中红外(MIR)兼具短波辐射的反射特性和长波辐射的发射特性,对于温度探测、目标识别等应用场景有十分重要的意义。目前,MIR谱段辐射传输(RT)计算仍然面临背景参数输入多且不易获取的问题。基于此,提出了一种应用于卫星MIR遥感的RT简化计算方案。使用MODTRAN模型(MM),对MIR白天RT过程中所涉及的背景地表和大气参数定量模拟分析,得到影响RT的关键参数,据此形成一套基于MM的参数简化方案(SS)。在MODIS 6个MIR通道的中心波长处,对SS和MM计算的总辐亮度做对比验证,RMSE均小于0.004399,具有较高精度。SS仅依赖于表面温度、表面发射率、大气廓线类型、水汽和云光学厚度,不需要输入气溶胶、CO_(2)和O_(3)数据。相比MM,SS将输入参数从8类降低到5类,计算的时间效率提升了9.02%。在有限的计算资源下,本文所提的SS能够为MIR图像快速处理、大场景遥感仿真等应用领域提供支撑。

超深路堑爆破开挖范围自动化遥测方法

当前由于未能利用遥感技术对路堑爆破开挖范围数据进行采集,导致该方法在进行自动化测量时,存在测量误差大、测量精度低以及测量速度差的问题。为此,提出超深路堑爆破开挖范围自动化遥测方法。首先基于热成像技术获取路堑挖掘范围图像,利用迭代算法对图像中的光斑进行滤除,获取新的遥感图像;再将摄影测量与遥感技术结合采集图像中的数据信息,构建两个区域模型;最后基于构建的模型,完成目标函数的计算,实现对路堑开挖范围自动化遥测。实验结果表明,该方法进行自动化测量时,测量误差小、测量精度高、测量速度快。

基于Triple-Collocation多源地表温度数据融合方法研究

为充分利用多源地表温度数据,提高区域尺度下地表温度精度,改善地表温度遥感产品的适用性。以淮河流域为研究区,Triple-Collocation(TC)方法为基础,采用最小二乘法,由中分辨率光谱成像仪(MODIS)地表温度与风云三号可见光红外扫描辐射计(FY-3C/VIRR)地表温度遥感产品,结合地面观测站实测数据,研究多源数据融合方法。将淮河流域39个气象站点分为融合站点与验证站点,由融合站点采用反距离插值(IDW)算法得到区域连续地表温度数据,与FY-3C/VIRR地表温度数据、MODIS地表温度数据,融合得到淮河流域地表温度。与地面验证站点对比分析表明,融合后的地表温度,其R^(2)、RMSE和MAE分别为0.98、1.10 K、0.88 K,优于MODIS地表温度的0.92、2.59 K、2.18 K和FY-3C地表温度产品的0.84、6.68 K、5.35 K,精度得到了显著的提高。淮河流域不同月份的温度变化季节性规律明显,且变化主要出现在中部及东部地区,最高温度变化值都达到了20 K以上。

光学载荷定标场比辐射率方向性模型构建

地表比辐射率方向性研究是国际热红外定量遥感研究领域的热点与难点,现有的热红外沙地比辐射率方向性模型存在先验参数较多、精度较低、适用性差等问题。论文基于5个伪不变定标场,即Algeria3_1km、Algeria5_1km、Libya1_1km、Mauritania1_1km及Mauritania2_1km,综合利用长时序极轨卫星载荷AQUA/MODIS与静止轨道卫星载荷MSG/SEVIRI多角度观测数据,经过载荷相互校准、大气纠正、影像数据时空匹配等处理,基于热红外辐射传输方程,获取0~65°观测天顶角范围内各研究区方向性比辐射率,建立公里级像元尺度比辐射率方向性模型,并对其进行了不确定度评估。结果表明:地表比辐射率随观测天顶角增大而降低,其方向性效应随波段中心波长的增加而减小,Algeria5_1km区域的方向性效应最小,Mauritania1_1km区域的方向性效应最强;各研究区比辐射率方向性模型不确定度均随观测天顶角的增大而增大,模型不确定度均优于3%。

基于AVHRR和DEM的重庆城市热岛效应分析

为研究复杂地形上城市热岛（UHI）的特点和变化规律，给城市生态环境分析提供依据，使用重庆市2006年14个时相的NOAA／AVHRR（美国国家海洋大气局／改进的甚高分辨率辐射计）卫星遥感数据和数字高程模型（DEM），得到研究区域的亮温场，并参照热力学概念和模型，根据当地高程，以海拔300m为基准高度将亮温场计算成位温场。结果表明：（1）计算后山脉、河谷处的温度场普遍改变；山脉植被对下垫面的降温作用明显；白天UHI范围较大，长江和嘉陵江河谷对UHI的切隔作用显著；夜间嘉陵江两侧的UHI趋为一体，范围缩小；（2）7月25～26日存在多个UHI中心，下午和凌晨最大强度分别为6．4℃和2．2℃，平均值分别为6．05℃和2．05℃，昼夜平均为4．05℃；（3）夏、秋季白天和夜间平均最大强度分别为5．23℃和3．29℃；（4）重庆UHI强度白天大于夜间，与成都的同类研究结果相同；但夏、秋季的平均最大强度为4．26℃，小于成都的6．50℃。

基于场景模型的热红外遥感成像模拟方法

为实现升空后运行的卫星的整体性能处于最佳状态,通常在卫星发射前,采用计算机仿真的方法对从地表到影像获取的整个遥感物理过程进行模拟.针对现有模拟方法不能全部采用辐射传输、成像等物理模型,实现大场景、复杂地表覆盖情况下的热红外遥感成像模拟,在基于场景模型的热红外遥感成像模拟基础上,将模拟系统分为地表场景模拟、大气作用模拟及传感器成像场景,重点对模拟各场景所涉及的物理模型和算法进行了综述和分析,并初步构建了大场景、复杂地表覆盖下模拟的技术框架,是对热红外遥感成像模拟的一种全新而有益的尝试,对相关研究工作也有一定参考价值.

高分辨率中红外遥感（3-5μm）成像模拟中邻近效应分析

在星载高分辨率遥感成像模拟中,需要重点考虑大气辐射传输过程.通常情况下,中红外波段大气多次散射作用可以忽略,但在高分辨率中红外遥感成像中却需对由多次散射产生的邻近效应加以适当考虑.为对其进行定量分析,分别将影响中红外邻近效应的地表、大气及卫星观测几何参量等进行分析,结果表明:邻近效应随像元测量条件而改变,且在正常条件下其贡献达到3%左右.通过将现有大气点扩散函数(PSF)解析算法扩展至中红外波段,建立了中红外像元邻近效应模型,将其与大气辐射传输模型进行耦合,共同实现大气辐射传输与邻近效应模拟.模拟结果表明,模型是正确的,且应用方法切实可行;对中红外大气校正、成像模拟均具有一定参考价值.

基于卫星遥感的夏季长春市城区热场分析

采用先进的遥感手段,能够大面积同步和动态地监测地面热场的分布和变化情况。利用长春市地区的LANDSAT图象,对于热红外波段遥感图象灰度值和地面温度之间的关系进行了定量的解译,并且采用TM6图象增强和密度分割的方法得到了长春市地面热场等级图,取得了很好的模拟效果。结果显示了长春市热场的分布具有明显的规律性。城市能耗和下垫面性质对于区域温度有直接的影响,此外,还结合图象分析了热场分布的形成因素。

基于无人机影像的采煤沉陷区玉米生物量反演与分析

为了探索运用无人机多光谱遥感技术监测高潜水位矿区采煤扰动下原有生态系统破坏及地表耕地损毁程度的方法,以高潜水位矿区开采沉陷导致地面积水所引起的农作物渍害影响为例,基于无人机多光谱影像,在传统植被指数的基础上引入红边波段进行扩展,优选了22种植被指数,结合田间同步实测生物量数据,采用经验模型法分别构建了一元回归、基于最小二乘法的多元逐步回归(Multivariable linear regression,MLR)、反向传播神经网络(Back propagation neural networks,BPNN)的生物量反演模型,通过决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)和估测精度(EA)3个指标筛选出最佳模型。最后,基于最佳模型进行研究区玉米生物量的空间分布反演和分析,结果显示,所选的植被指数均与生物量显著相关,其中,BP神经网络模型的估算精度最高,其决定系数R2为0.83,比其他模型增加了0.10~0.17,预测均方根误差RMSE为178.72 g/m2,比其他模型减少了29.65~60.23 g/m2,估测精度EA可达到79.4%,比其他模型提高了3.3%~7.1%。这说明红边波段更适于采煤沉陷区作物生物量的估算,引入红边波段构建生物量反演模型,可以显著提高采煤沉陷影响下玉米生物量无人机遥感反演模型的精度。研究结果表明:采煤沉陷盆地内玉米生物量主要分布于592~1 050 g/m2,其面积占研究区的74.4%,地表生物量低于352 g/m2的作物面积达到14.1%,玉米整体长势受采煤扰动影响较为严重,玉米生物量呈现从沉陷盆地边缘往中心逐渐降低的趋势。本文研究为同类型其他高潜水位矿区土地损毁监测与评价、土地复垦与生态修复等提供基础数据与理论支撑。

基于连续统快速傅里叶变换的红外光谱处理技术

为实现红外光谱对遥感地物准确的识别,消除高频噪声是光谱特征分析和提取的重要环节。利用光谱连续统处理方法,结合信号时域分析领域快速傅里叶变换提出了一种新的红外光谱滤波方法。该方法首先对红外光谱进行光谱连续统去除,利用快速傅里叶变换将去连续统后光谱转换到频域,设计低通滤波器滤除高频噪声,然后通过快速傅里叶反变换将频域信号转换到时域,最后对信号进行光谱连续统恢复,得到滤除噪声后的红外光谱信号。对比实验表明,连续统快速傅里叶滤波方法比常规的时域滤波方法有更好、更快的滤波效果,解决了传统快速傅里叶红外光谱滤波的吉布斯现象。该方法操作简便、运行速度快捷、滤波效果好,满足了红外光谱地物识别对光谱高质量的要求。

热红外遥感反演陆地表面温度研究进展

总结了地表绝对发射率信息的提取方法;综述了热红外遥感反演陆面温度的各种方法,并指出这些方法的优缺点、适用性及应用情况;分析了热红外遥感反演陆面温度面临的困难;展望了热红外遥感反演陆面温度的发展趋势。

中红外大气辐射传输解析模型及遥感成像模拟

为了建立完整的星载高分辨率中红外成像模拟系统,并为航天器载荷设计等相关工作提供有力参考,需要对大气辐射传输这一环节进行重点考虑,设计出切实可行,精度较高的大气辐射传输数值成像模拟方法。针对中红外大气辐射传输具有大气散射和自身发射的特性,将整个大气辐射传输过程进行了合理分解,并利用MODTRAN4对各辐射分量进行求解,以查找表方式实现了大气辐射传输成像模拟。此外,针对大气散射导致的邻近效应进行了分析,将原有PSF模型扩展至中红外波段,并与大气辐射传输解析模型相互耦合共同完成模拟成像。最后对模型进行了初步验证和成像模拟,结果表明:模型具有较好的模拟精度,通过给定观测几何和大气条件,并根据地表输入的温度和发射率等,实现逐像元的大气辐射传输计算。

数据激增背景下的海洋卫星地面应用系统建设分析

为解决当前海洋卫星地面应用系统在数据激增背景下准备不足、运行效率不高、普适化应用不够等问题,本文分别从接收、处理、存储和分发4个方面系统总结了各分系统技术发展现状及趋势,分析了国内地面应用系统存在的部分短板,提出加快接收站全球化布局、提前预留天线接收余量、完善国产软件图像处理功能、针对性地制定数据存储和分发策略等观点;指出地面应用系统未来优化的重难点主要在数据处理端,丰富完善算法/模型库、提升对海量遥感图像的解译速度、构建去专业化的遥感图像处理平台应是下一步工作的重点。本文可为海洋卫星地面应用系统优化设计提供参考。

导弹助推段天基红外探测的像面照度模型及其应用

波段选择是导弹助推段天基红外探测系统设计首先需要解决的问题.无论是中心波长的确定,还是波段宽度的设定,都应有合理的依据.本文提出了导弹助推段天基探测的像面照度模型,并根据模型得到导弹助推段天基红外探测系统的目标与背景信杂比作为目标函数,利用信杂比的最大化作为波段宽度选择的依据,进行探测波段的选择.分析结果表明,以H2O,CO2吸收带2.7μm和4.3μm为作为红外探测系统的中心波长有其固有的合理性,不同的波段宽度选择将使信杂比产生显著变化.本文所建立的像面照度模型对遥感器设计和性能估计亦有重要意义.

FY-3A/MERSI热红外通道在轨辐射定标精度评估

卫星资料辐射定标精度是其定量应用的关键因素。以METOP-A/IASI的高光谱探测资料为传递基准,利用同时星下点观测的交叉定标方法,对FY-3A/MERSI热红外通道的在轨辐射定标精度进行了客观评估,并给出了亮温系统偏差的订正因子。从观测时间差异、卫星观测天顶角和方位角差异、以及目标均匀性四个方面,分析了交叉定标中所用主要匹配近似因子的不确定性。分析结果表明,目标均匀性是匹配误差的主要来源,偏差不确定性小于2%(当亮温偏差约为1K时,不确定性<0.02K),其他因素的影响可以忽略。一年多的样本统计及偏差分析结果显示,MERSI的观测亮温明显高于IASI,年平均亮温偏差约(3.18±0.34)K,月平均亮温偏差呈现季节波动特征,波动幅度约0.8K。与相近时期敦煌场和青海湖地同步观测评价结果有非常好的一致性。初步原因分析推断,造成MERSI亮温偏高的原因主要有两个,一是星上黑体发射率被高估,二是光谱响应函数向大气窗区漂移,后者可能为主导因素。

中国遥感卫星辐射校正场陆表热红外发射率光谱野外测量

中国遥感卫星辐射校正场陆表发射率光谱是利用陆表场地进行遥感器红外通道绝对辐射定标的关键因子之一。基于光谱平滑的温度与发射率分离反演迭代算法,利用高精度的BOMEMMR154傅里叶变换红外光谱仪和红外标准板,对敦煌戈壁陆表发射率光谱进行测量。获得了不同时间和地点测量的陆表发射率光谱数据,并与利用CE312通道式红外辐射计在相同区域的测量结果进行比较分析。结果表明各个通道发射率的差别均在0.012以内,具有较好的一致性。利用该发射率光谱测量结果,可以在敦煌戈壁——中国遥感卫星辐射校正陆面场,对目前国内外主流的遥感卫星热红外通道进行在轨场地绝对辐射定标。