基于谱线匹配技术的星载成像光谱仪星上光谱定标方法研究

介绍了一种基于谱线匹配技术的星上光谱定标方法,该定标方法选取大气吸收线作为匹配谱线,采用相关系数法作为匹配结果判定条件标进行光谱定标。为模拟星上定标过程,将谱线匹配技术应用于振动试验后的成像光谱仪,振动试验可以模拟成像光谱仪在升空过程中受到的振动。星上光谱定标包括成像光谱仪分辨率的确定、面阵探测器光谱维和空间维像元中心波长的定标。由定标结果可知,振动试验后光谱仪分辨率为0.40nm,与振动试验前相比没有发生变化;光谱维像元中心波长向长波偏移0.08nm(小于一个像元);空间维像元光谱弯曲(光谱smile)向短波方向弯曲,最大弯曲值为0.96nm,近似于振动试验前光谱弯曲值。由此验证了谱线匹配技术进行星上光谱定标的可行性。

星载成像光谱仪的光学系统设计

文中详细叙述并讨论载于小卫星遥感的可见、近红外、热红外成像光谱仪的光学系统设计考虑，并列出设计结果。

星载成像雷达运动补偿

本文分析了星载成像雷达的误差来源,运动误差产生的影响,对各种运动补偿方法进行了理论分析和比较.

星载成像仪观月数据提取和辐照度转换方法研究

为了实现星载成像仪的月球绝对辐射定标,在轨对月观测数据的预处理环节需要完成两方面的任务:一是从全部的冷空视场数据中,准确判识出月亮进入冷空视场的时刻;二是将对月观测原始计数值换算为全圆盘辐照度,以便与月球辐射模型比较。具体到中分辨率光谱成像仪(MERSI),本文从MERSI观测模式出发构建出月亮进入冷空视场的阈值判识模型。根据MERSI对月观测的成像几何和定标公式,分别以单探元多帧扫描图像和多探元单帧扫描图像为基础,构建出月球全圆盘辐照度算法。结果显示,阈值判识模型可以实现从平均约30 d的观测数据中,准确标记出约1 min的月亮图像数据。两种计算辐照度的方法得到的辐照度平均差异约0.9%。所提方法可以将原始的对月观测数据计算为辐照度值,为进一步的绝对辐射定标及误差分析提供基础,同时,也可以为类似的成像遥感器的月亮定标工作提供参考。

星载成像光谱仪对地遥感成像的信噪比分析

星载成像光谱仪的高精度反演计算需要正确的估算光谱通道获取信号的能力。针对星载光谱仪光谱通道能量弱,空间背景辐射及杂光强的特点,重新讨论了信噪比模型。新信噪比模型考虑了空间光环境对光谱仪信号通道的影响。针对某型号星载成像光谱仪,使用大气辐射传输软件MODTRAN的大气参数进行了各光谱信道的信噪比计算。同时,充分考虑了大气光环境的影响因素。仿真结果表明,相比于传统信噪比计算模型,实际星载光谱仪在短波光谱获取图像信息时存在更严重的退化现象,即信噪比严重降低。并且随者太阳高度角增加以及大气能见度距离下降,加剧了退化趋势。

星载成像光谱仪退偏器的设计及测试

为保证星载成像光谱仪测量结果的准确性,设计了双巴比涅退偏器。首先利用电磁波理论及光波传输理论分析了双巴比涅退偏器的工作原理,接着根据偏振光在双折射晶体中的传播公式设计出适当的该退偏器的楔角,最后搭建一套偏振测试装置,对研制完成的双巴比涅退偏器的退偏性能进行测试。测试结果表明:该双巴比涅退偏器在-15~15℃入射角范围内具有较好的退偏性能。退偏器楔角选择6°时,能在不影响成像质量的前提下较好地对探测波段退偏,且退偏度不受方位角及频率的影响,退偏度优于99%。该退偏器具有退偏度高、透射比高、性能稳定、体积小等优点。由于测量系统误差,测量不确定度为0.00290。

基于星载电子侦察与成像侦察的数据融合技术

该文在提出单星侦察体制下的电子侦察与成像侦察融合方案的基础上 ,研究了基于不精确图匹配方法的平台配准算法和基于模糊推理与证据理论的目标融合识别算法等数据融合技术 ,并构建了一个星载电子侦察与成像侦察融合仿真系统。仿真实验结果表明 。

基于ω-k算法的宽测绘带星载SAR成像处理

本文提出了一种适用于宽测绘带星载SAR成像处理的改进ω-k算法.在用经典ω-k算法来处理星载SAR数据时,离参考距离越远图像形变和方位聚焦质量下降就越严重,这严重地限制了测绘带宽度.本文在ω-k算法的基础上提出了用等效视角补偿和等效速度补偿来校正图像形变和提高方位聚焦质量的改进算法.实验表明这种算法能够高效地对宽测绘带星载SAR数据进行精确成像处理.

星载微波成像仪接收通道的仿真研究

星载微波成像仪接收通道即微波辐射计，是星载微波成像仪的核心部分。对其进行仿真研究的关键和基础是信号处理方法。给出了接收通道各环节的数学模型；采用快速离散富里叶变换处理信号；分析并缓解了由于离散富里叶变换带来的频率分辨率与样本点数之间的矛盾；以全功率微波辐射计为例进行了仿真研究并给出了结果。为进一步实现系统仿真调试和环境仿真调试奠定了基础，并为其它类型微波辐射计的仿真研究提供了借鉴。

星载的单像素运动成像影响分析与补偿

单像素成像具有高灵敏度,抗干扰等特点,但得到一张高质量图像需要多次采样,因而在卫星对地观测应用时,由于卫星姿态变化使得指向抖动从而造成参考光场与探测器信号之间关联性丢失,使得重构出的图像质量严重退化。针对这一问题,本文设计一种光场追踪补偿方案以补偿卫星姿态对成像带来的影响,结合卫星工具包生成卫星数据分别进行滚动角,俯仰角的运动补偿验证和偏航角的运动补偿验证。结果表明进行滚动角和俯仰角运动补偿后成像的峰值信噪比提升28.8 dB,进行偏航角运动补偿后成像的峰值信噪比提升7.25 dB,同时考虑滚动角,俯仰角和偏航角对典型场景进行运动补偿后的成像结果峰值信噪比提升至少4.7 dB,仿真结果证明了补偿方案有效提高了成像质量,为星载单像素成像提供了一条有效技术途径。

Mighty-Ⅱ星载干涉型超光谱成像仪

介绍了美国研制的 Mighty-Ⅱ卫星载干涉型超光谱成像仪,主要内容包括卫星发射前后的校准结果、在轨性能,以及该超光谱成像仪在设计寿命内的有关数据。它是第一台在轨成功使用的超光谱成像仪。

星载微波成像仪天线扫描中动量补偿仿真的方法

天线机械扫描中动量补偿的仿真研究是星载微波成像仪仿真研究中的重要部分。为了使卫星在总体设计时能够对星载微波成像仪天线扫描产生的动量进行有效的补偿，就必须采用适当的方法获得可靠的补偿数据。在分析现有天线扫描方案的基础上，提出了天线扫描动量补偿的仿真研究方法。

星载红外成像系统IRFPA非均匀性在轨定标与实时校正

针对星载红外成像系统在轨定标等特殊环境条件的应用要求,研制了一种基于现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)的红外焦平面阵列(Infrared Focal Plane Array,IRFPA)非均匀性在线定标与实时校正芯片系统。由于对输入信号进行了标准化设计,该系统可用于各类红外成像系统的IRFPA非均匀性在线定标与实时校正处理。这种系统在时钟信号的驱动下以流水线方式运行,在对非均匀红外图像进行实时校正的同时,能够在线获取定标图像并能对存储器中的校正系数进行在线更新。该系统具有体积小、运算速度快、稳定可靠以及易于升级等优点,为星载红外成像系统IRFPA非均匀性的在轨定标开辟了一条有效的技术途径。

星载SAR在轨成像及舰船目标检测方法

针对现有星上在轨SAR成像和目标检测处理的实时性、有效性及能效比等性能指标较低,文章提出了一种高能效比星载SAR成像及舰船目标检测方法,该方法是基于高速并行化混合快速傅立叶变换(FFT)阵列加速的星载SAR成像实时实现方法和以局部降维统计分类为基础的舰船目标检测方法,并建立计算精度误差模型,自主调度定/浮点计算,在有效降低硬件资源占用的同时,保障了星载SAR成像和舰船目标检测计算的实时性。在Xilinx公司现场可编程门阵列(FPGA)开发板上,经合成孔径雷达卫星-1(RadarSat-1)遥感卫星数据,验证了方法的可行性和有效性。该方法的能效比为传统FPGA+数字信号处理器(DSP)经典处理架构的4倍以上,可为星上在轨实时处理设计提供参考。

星载高光谱成像系统发展综述

高光谱遥感技术通过记录地表物体在多个连续波段下的光谱信息,实现高精度的地球观测与分析。为了获取更多地物目标的细节信息,研究人员提出了对高光谱成像系统各项参数指标的新要求,国内外开展了大量相关研究。随着卫星技术的成熟,高光谱遥感平台从最初的机载平台逐渐发展到星载平台,促进了高光谱遥感图像在地质、农林业、环境监测等领域的广泛应用。目前,多数光谱成像系统选用传统的光学器件来实现分光,将计算光学与高光谱遥感结合,有利于集成更紧凑便捷的成像系统。文章首先介绍了高光谱成像系统的主要类型和原理,随后对近30年来典型的星载高光谱成像系统及载荷进行了综述,梳理了典型国内外星载高光谱成像系统的发展现状,并对不同国家成像系统的性能指标进行了对比分析,总结了相应的发展历程,并对未来星载高光谱成像系统的发展作出了展望。

星载光学遥感成像系统复杂性分析

为研究星载光学遥感成像系统的复杂性,由复杂系统的基本特征与系统研究的基本原则出发,通过对成像全链路流程的分析,确定光学遥感成像系统的复杂性来源及其表现形式。建立星载光学成像的数学模型,以系统重要参数——调制传递函数为基点,通过正过程建模分析和逆过程测量计算相结合的方式,分析了系统复杂性研究的基本原则,即还原论与整体论相结合、定性与定量相结合的过程。由正、逆过程的对比分析,一方面阐述了系统性能与各个环节参数之间的关系,另一方面又由正则化盲反卷积的方式得到图像中真实的调制传递函数。二者相辅相成,既能通过补偿系统复杂性因素影响提升系统性能,又能进一步指导系统优化设计。

星载干涉成像高度计双频基线定标方法

在星载干涉成像高度计基线参数标定过程中,由于时间、传输路径的观测差异导致基线参数标定精度下降。为此,文章提出双频基线定标方法,基于双频同基线重叠观测区域数据实现基线状态标定性能的提升,有效降低干涉基线状态漂移造成的海面高程反演误差。在精确获取重叠区域海面高度条件下,利用在轨高精度基线测量和卫星姿态测量信息,联合高精度基线估计处理算法进行基线估计,将基线估计偏差的均方根降低至原来的1/4~1/5,可实现亚毫米、亚角秒的高精度基线估计精度,从而保证海面高度测量精度,为后续干涉成像高度计在轨定标方案的设计与基线高精度标定提供参考。

星载高光谱成像仪的发展及军事应用

随着航天技术的发展,星载高光谱成像技术日趋成熟并得到广泛应用。首先对高光谱成像的基础概念及特点进行了阐述,然后从国内、国外两个角度系统介绍了近二十年星载高光谱成像仪的发展状况,并分析了其主要性能指标和相关遥感应用,最后对星载高光谱技术在战场环境侦察、海洋军事行动监测、战场气象环境评估、导弹预警探测等方面的军事应用进行了分析概括,并通过举例进行了简要说明。

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪基于太阳的在轨辐射定标

基于整机双向散射分布函数(Bi-directional scattering distribution function, BSDF),星载大气痕量气体差分吸收光谱仪(Environmental trace gases monitoring instrument, EMI)在轨可完成基于太阳的辐射定标,整机BSDF表征了EMI观测光路和定标光路辐射特性的关系。观测光路辐射定标已在地面完成,定标光路辐射特性定标在轨基于太阳完成,进而得到了整机BSDF参数,基于此实现了EMI在轨基于太阳的辐射定标。结果表明在可比光谱范围内,与TROPOMI(Tropospheric ozone-monitoring instrument)载荷交叉比对结果的差异在5%～6.5%以内。

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪0～1级数据处理研究

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪(Environmental trace gases monitoring instrument, EMI)于2018年5月9日成功发射升空,目前在轨运行状态良好,能够有效获取全球紫外-可见波段地球大气散射光信号(Digital number, DN)值(0级数据)。为对遥感数据定量化应用,EMI输出的DN值需要完成光谱定标、几何定位、辐亮度定标等处理,得到1级数据产品,1级数据用于反演获取全球大气NO_2、SO_2和O_3等2级产品,进而应用于定量监测全球空气质量变化以及污染气体的分布输运过程。