环境减灾二号卫星林草火灾信息监测应用

利用HJ-2A/B卫星16m多光谱数据和48/96m热红外数据,采用多通道合成并结合目视解译方法判识出多光谱影像中的燃烧点和火烧迹地,并采用阈值方法判识热红外影像中的着火点,对HJ-2A/B在森林草原火灾监测中的应用能力进行了评价,结果表明:HJ-2A/B卫星多光谱数据可有效反映林内可燃物燃烧形成的烟区和火烧迹地,热红外影像可较好地反映林内可燃物燃烧信息,该卫星可为我国的林草火灾监测与灾情评估等工作提供数据服务和技术支撑。

环境二号卫星多光谱图像的薄云检测及去除

在遥感图像中,大面积的薄云会使得地物信息被遮蔽,从而对后续图像的判读以及应用产生极大的影响。为消除卫星图像中薄云对下垫面的影响,开发了针对多光谱图像的薄云检测与去除算法。该算法首先利用蓝绿波段合成外推波段,通过暗像元搜索,生成薄云厚度图(HTM)和薄云掩膜图,进而得到无云区像元与云区像元;再计算图像每个波段的HTM,利用外推波段的HTM与每个波段的HTM求得每个波段的线性回归系数,由该系数对图像进行薄云去除。将该方法应用于环境减灾二号(HJ-2A/B)卫星的多光谱图像,研究结果表明,对不同地表类型,薄云去除后图像质量均得到明显的提升,能够清晰地展现出薄云下覆盖的地物信息,并且不影响无云区域的图像质量。利用该算法进行薄云去除后,卫星多光谱图像的清晰度、对比度和标准差都有显著的提升,为后续图像应用提供了质量保障。

环境减灾二号A/B卫星成像模式设计与效能评价

针对环境减灾二号A/B卫星有效载荷类型多、数据量大、各载荷成像约束不同等特点,根据多用户对图像质量、数据需求量、获取时效性的应用需求,设计了环境减灾二号A/B卫星常规成像模式、应急成像模式、特殊成像模式等各类成像模式,并进行了说明。在轨测试结果表明:环境减灾二号A/B卫星成像模式设计正确、合理。经卫星成像效能分析,两颗卫星两天时间内可对全国陆地区域进行覆盖性观测,并可对全球南北纬80°内任一目标进行观测。此文可为后续光学遥感卫星成像模式设计提供参考。

环境减灾二号卫星偏振扫描大气校正仪在轨信噪比评估

针对搭载于环境减灾二号A/B(HJ-2A/B)卫星的偏振扫描大气校正仪(PSAC),详细分析了信号链路中各噪声项及其与信号的相关性,建立了信号-总噪声功率线性(S-TNPL)模型,通过实验测量获得了各通道的噪声功率只随信号变化的模型系数,以及与信号无关而与工作条件有关的本底噪声功率(截距);使用在轨实测的本底噪声,建立了不依赖于均质性区域场景的在轨信噪比评估方法,并与星上漫射板法进行了对比验证。结果显示,利用S-TNPL模型与星上漫射板法获得的PSAC在轨信噪比评估结果的相对偏差为-0.62%~6.27%,具有较好的一致性,验证了所提在轨信噪比评估方法的合理性。该信噪比评估方法不仅能适应在轨辐射性能衰退的情况,同时能方便实现不同辐亮度条件下的信噪比转换,并可直接对任意单次观测结果的信噪比进行评估。该信噪比分析方法理论上同样适用于其他光学遥感器,可为其在轨信噪比评估提供参考。

环境减灾二号A/B卫星系统设计与技术创新

环境减灾二号A/B卫星是国家民用空间基础设施中首批启动的业务卫星,星上配置有16 m相机、高光谱成像仪、红外相机和大气校正仪4种光学载荷,具备可见光、高光谱和红外对地成像能力,以及在轨大气同步探测功能。两颗卫星均采用CAST2000公用平台,设计寿命5年,单星质量1065 kg,运行于标称轨道高度为645 km的太阳同步回归轨道。两星在轨组网运行,可实现16 m相机和红外相机2天对全球南北纬80°以内地区全覆盖观测。文章概述了环境减灾二号A/B卫星的主要技术方案,总结了载荷设计新技术、多载荷匹配设计、多样化定标、视觉监测,以及轨道冻结等技术创新点,并介绍了在轨测试和典型应用情况,可为我国后续环境减灾监测遥感卫星系列发展提供参考。

环境减灾二号A/B卫星红外相机在轨性能测试与稳定性评估

环境减灾二号A/B卫星发射入轨后,已经在轨运行1年,期间对2颗卫星上的红外相机展开了一系列在轨测试及其性能评估工作。以2台红外相机获取到的在轨几何特性、辐射特性和在轨遥测等数据为基础,对其幅宽、空间分辨率、谱段间配准、传递调制函数、信噪比、辐射定标精度等指标参数进行全面测试和评估,并对扫描机构稳定性、制冷机工作稳定性、漫反射板反射率及系统稳定性进行评估。在轨性能测试与稳定性评估结果表明:2台红外相机在轨各项系统性能指标良好,工作稳定。

环境减灾二号A/B卫星高光谱成像仪CCD的Smear效应快速校正方法

环境减灾二号A/B卫星高光谱成像仪采用大面阵帧转移CCD作为成像和存储介质,以满足其高性能成像需求。然而,帧转移型CCD的Smear效应会造成干涉图像累积误差,导致干涉信息不准确,进而引起目标反演光谱失真。为了消除Smear效应影响,传统方法常利用行间信息迭代运算进行校正,导致计算耗时随着探测器面阵变大而增加。文章根据Smear效应产生的机理,推导出一种基于矩阵运算的Smear效应快速校正模型,并通过图形处理器(GPU)并行运算进行加速,以达到高效消除Smear效应的目的。试验结果表明:文章提出的方法能够很好地校正Smear效应引起的误差,同时利用GPU加速后计算速度是传统校正方法的632.4倍。

环境减灾二号A/B卫星在轨定标模式设计与验证

环境减灾二号A/B(HJ-2A/B)卫星上搭载了16 m相机、大气校正仪、高光谱成像仪和红外相机4台有效载荷,主要执行中等分辨率下的800 km大幅宽对地观测和定量化遥感任务,因此高精度的辐射定标对环境减灾二号A/B卫星的数据处理和应用至关重要。为了保证4台成像体制各不相同的载荷能够满足在轨长期稳定的辐射响应精度,文章介绍了卫星对日定标、对月定标、偏航定标、载荷内定标等各种在轨辐射定标模式的设计方法,通过卫星获取的在轨定标遥测和图像数据,分析了卫星发射入轨后各种定标模式下遥测及相关定标数据。结果表明:各类型在轨辐射定标模式可以有效实现对4台载荷的辐射定标,获取的高质量辐射定标数据可以满足各载荷在轨长期稳定运行的辐射定标需求,可为后续光学遥感卫星在轨辐射定标设计提供参考。

环境减灾二号A/B卫星在轨测试自然资源典型业务应用评价

环境减灾二号A/B卫星在轨测试期间,根据自然资源行业典型应用领域相关行业标准和技术规范,对卫星CCD和高光谱(HSI)数据的应用能力开展评价及总结,对存在的问题进行了初步分析。测试结果表明:可见近红外数据图面清晰度好,细节地物表现能力强,信息量丰富,1∶25万遥感调查监测的可解译性高;高光谱数据光谱信息丰富,在矿物识别方面可进行定量反演;可为自然资源典型业务领域调查监测提供重要的数据支撑保障,对环境减灾二号A/B卫星数据的大规模应用与后续星的研发具有参考意义。

环境减灾二号A/B卫星高光谱成像仪设计与验证

高光谱成像仪是环境减灾二号A/B卫星上唯一可以获取高光谱数据的载荷。文章从幅宽和空间分辨率2个方面介绍了国内外高光谱成像仪的发展现状;基于大孔径静态干涉光谱成像(LASIS)技术原理和高光谱成像仪系统组成,提出幅宽增大和空间分辨率提高会带来偏流角偏差控制和高速图像传输等问题;对摆镜“轻巧型”结构、高精度运动部件及大尺寸高精度干涉仪进行设计,以满足偏流角偏差分析提出的高光谱成像仪推扫方向与探测器光谱方向夹角优于2.7′的要求,采用大面阵CCD高速成像技术,实现电路规模仅为原有技术的1/4。环境试验和在轨成像结果表明:高光谱成像仪调制传递函数(MTF)大于0.24,星上定标精度优于2 nm,在轨获取的可见光近红外(VNIR)及短波红外(SWIR)光谱图像立方体正确,曲线准确度相对偏差优于5%,高光谱成像仪的设计具有有效性。

环境减灾二号A/B卫星在辽东湾海冰监测中的应用

为减少由冬季寒潮导致的海冰灾害损失,利用遥感手段对我国高纬度海域海冰风险进行监测,并提供决策支撑。文章利用环境减灾二号A/B卫星的16 m分辨率多光谱数据,采用基于DeepLab V3模型的语义分割方法,对渤海辽东湾地区的海冰范围进行提取和动态分析,得出海冰范围的动态变化规律,并进行提取精度评估。结果表明:利用该方法的海冰提取准确率可以达到97.4%以上,可以满足海冰的日常监测需要,验证了环境减灾二号A/B卫星在风险要素遥感监测的应用能力。

环境减灾二号A/B卫星16 m相机设计与验证

针对环境减灾二号A/B卫星环境评估、灾害监测、灾后恢复重建的需求,文章设计了一种单台地面分辨率优于16 m、对地幅宽大于200 km、5谱段推扫成像的空间遥感相机。该相机具有超大视场和轻小型等特点。经在轨验证,16 m相机各项指标满足设计要求,图像清晰、层次分明,在各类应用领域发挥了较大效能,可为农业、水土、森林资源普查及灾害、生态监测等提供参考。

环境减灾二号A/B卫星基于加速度响应的运输环境疲劳分析

针对卫星运输环境疲劳分析难以通过结构应力疲劳分析方法开展的问题。文章首先对疲劳分析的基本理论与方法进行了详细介绍;然后,从随机、正弦振动应力疲劳分析出发,对卫星在公路运输环境下的疲劳损伤进行了评估;其次,通过建立加速度疲劳寿命关系,对基于加速度响应的卫星运输环境进行了疲劳分析,并与前述分析结果进行了对比,进一步验证了基于加速度响应卫星运输环境疲劳分析方法的可行性;最后,以环境减灾二号A/B卫星运输环境数据为例,从正弦加速度响应出发对卫星的疲劳寿命进行了评估,为后续基于加速度响应的卫星运输环境疲劳分析的发展奠定了基础。

环境减灾二号A/B卫星大气校正仪数据处理方法及初步在轨评估

环境减灾二号A/B卫星大气校正仪作为首个成功在轨运行的扫描型同时偏振遥感器,其技术原理和数据处理方法均有别于以往的在轨遥感器。文章在简要介绍大气校正仪原理的基础上,系统阐述了其数据预处理、大气参数反演和大气校正方法,评估和展示了部分在轨应用效果。在轨初步评估结果显示:基于大气校正仪L1级数据反演的气溶胶光学厚度(AOD)和水汽柱浓度(CWV)数据与全球气溶胶自动观测网(AERONET)数据的偏差落在期望误差(EE)范围内的比例分别为68.62%和95.39%,且与对应的中等分辨率成像光谱仪(MODIS)产品空间分布具有较好的一致性;空间同步覆盖的16 m相机多光谱数据校正前后图像清晰度和纹理特征均提升明显,地表反射率校正精度满足应用需求,初步显示了大气校正仪在气溶胶监测和大气校正等方面的应用潜力。

环境减灾二号A/B卫星大气校正技术及效果研究

环境减灾二号A/B卫星配置大气校正仪,为大气校正提供高精度大气参数信息。文章基于6S辐射传输模型,利用大气校正仪获取的大气参数对16 m相机进行同步大气校正和反射率反演,获得了合肥小麦田和敦煌戈壁滩2种典型地物的大气校正结果,并与中分辨率成像光谱仪(MODIS)地表反射率产品和地面实测光谱分别进行对比验证。结果表明:大气校正后图像清晰度明显提高,且与MODIS产品具有较好的一致性,相关系数达到98%以上;反演获得的地表反射率与地面实测数据相对误差保持在18%以下,大气校正效果明显且适用性强。

环境减灾二号A/B卫星风险管理实践

针对环境减灾二号A/B卫星项目载荷种类多、技术新、研制难度大等特点,分析了项目风险管理的难点,在以往航天器项目风险管理规范、经验的基础上,采用重要风险源识别方法,研究了相关高风险项目的成因,制定相应的管控措施,将技术风险、质量风险、进度风险的管理有机结合,把风险控制到了可接受程度,确保了项目的顺利实施,可为其他航天器项目风险管理提供参考。

环境减灾二号A/B卫星多轴机动及对日对月姿态控制方法

针对环境减灾二号A/B卫星的双轴机动及对日对月惯性目标定向需求,开展了基于四元数的双轴机动和对惯性目标定向控制研究。根据建立的挠性卫星姿态跟踪控制误差方程,给出比例、积分、微分(PID)控制律,双轴机动仍采用欧拉角形式进行控制,同时考虑多轴机动过程中偏流角的补偿算法;惯性目标定向采用四元数控制方式,可以实现对惯性目标定向,同时也可以实现绕某轴匀速扫过惯性目标。文章给出了几种姿态机动的仿真算例及在轨实现数据,结果表明:机动时间和姿态稳定度均满足卫星的多轴机动和对日对月定标要求。

环境减灾二号A/B卫星在地震次生地质灾害识别中的应用

以2014年鲁甸地震重灾区为研究区,通过目视解译方法对研究区内的滑坡体进行识别,采用定性评价与定量评价、基础评价与应用评价相结合的方法,对环境减灾二号A/B卫星及高分一号、六号卫星对滑坡的识别能力进行对比分析。结果表明:环境减灾二号A/B卫星可识别出地震后全部大型滑坡、部分中型滑坡和个别小型滑坡。与相同分辨率的高分一号卫星影像相比,环境减灾二号A/B卫星具有相当的滑坡识别能力,并且具有幅宽较大的优势,对于快速识别大型滑坡等地质灾害和确定极灾区范围,具有较好的应用前景。

环境减灾二号A/B卫星高光谱数据反演与质量提升

针对环境减灾二号A/B卫星高光谱成像仪获取的原始干涉数据反演过程与数据质量提升方法进行研究。依据大孔径静态干涉光谱成像(LASIS)的基本原理与数据反演方法,使用实验室定标法和在轨数据统计法进行原始干涉数据的相对辐射校正。根据直方图统计结果,对反演之后的浮点型高光谱数据进行归一化,并对归一化后的数据进行基于直方图匹配的相对辐射校正,有效地去除了图像条带,使得反演生成的高光谱数据空间信噪比得到有效提升,并保持了92%以上的光谱准确度。

环境减灾二号A/B卫星在森林树种识别中的应用

采用环境减灾二号A/B卫星数据,在福建武夷山国家公园和东北虎豹国家公园2个试验区开展森林树种识别的应用研究。分别提取2个试验区影像的光谱特征、归一化植被指数(NDVI)和基于主成分第一分量的8个纹理特征信息,采用支持向量机(SVM)和原型网络分类对森林主要树种进行识别,并利用验证样本进行精度评价。结果表明:在福建武夷山国家公园试验区,SVM和原型网络分类的总精度分别为86.37%和91.11%,Kappa系数分别为0.83和0.90。在东北虎豹国家公园试验区,SVM和原型网络分类的总精度分别为91.77%和91.34%,Kappa系数均为0.90。总体来说,环境减灾二号A/B卫星数据在2个试验区的主要树种识别精度较好,后续能较好地满足林业行业相关业务应用需求。