基于模拟多光谱反射率的土壤含水率估算

为了实现多光谱方法对土壤含水率的快速测定,基于高光谱数据模拟GF-6卫星多光谱波段反射率,模拟出蓝光波段(G)、绿光波段(G)、红光波段(R)、近红外波段(Nir)、红边波段1(RE1)和红边波段2(RE2)共6个波段反射率,并基于各波段两两组合的方式,构建归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)和差值植被指数(DVI)。采用线性模型(一元线性回归)和非线性模型(BP神经网络)建立土壤含水率估算模型。结果表明,基于植被指数(DVI)建立的一元线性回归模型较6波段中任意反射率回归结果更优,R2为0.601。基于BP神经网络方法,以6波段反射率和优选的3个植被指数为基础建立土壤含水率估算模型,预测精度较高(R2=0.787),优于本文所有的线性建模结果。推荐采用BP神经网络作为估算土壤含水率的建模方法。

基于TM/ETM+遥感数据的地面相对反射率反演

卫星遥感数据的大气辐射校正是定量遥感的基础与关键。目前大气辐射校正方法的局限性已经严重影响了定量遥感科学进展。鉴于此,COST模型在TM/ETM数据上的实用性逐步得到学者们的共识。本文详细阐述了COST模型的理论及其算法,模型参数的确定及其获取途径。COST模型在完成TM/ETM卫星遥感数据大气辐射纠正的同时实现了地表反射率反演,为TM/ETM卫星遥感数据的应用研究奠定了基础。文章进一步借助地面光谱仪的实测数据对研究区地表反射率反演结果进行了空间维和光谱维的分析验证,结果认为COST模型完全能够满足卫星遥感数据基本应用研究的需要。

相对反射深度的秦皇岛海域叶绿素浓度反演

海水中的叶绿素浓度是描述海洋初级生产力、获知浮游植物丰度及变化规律、评估环境质量、预报生态灾害的主要参数。国内外卫星遥感叶绿素产品的通用反演模型是利用不同波段上遥感反射光谱的强度比值来构建的OCx(x=2~6)算法,应用在一类水体中,全球尺度上的平均相对误差在35%左右。但对于固有光学特性复杂且具有较大区域差异性的二类水体,OCx算法误差较大甚至失效。现有研究成果表明,光谱的相对高度有利于特征波段信息提取及水色信号信噪比的提高。但基于相对高度构建反演模型,目前尚存在波段单一、应用面窄等问题。在我国近岸水体中,相对高度模型的构建方法及应用效果尚需进一步研究和验证。在对秦皇岛近岸海域的叶绿素浓度和表观光学参量进行原位测量的基础上,对高光谱数据进行了规范化处理,选取了特征波段并利用特征波段的相对反射深度构建了反演模型。模型反演值与实测值的相关系数为0.88358,平均相对误差为28.33%;将模型与OCx等算法进行比较,平均相对误差均降低了27%~50%;模型验证估算值的平均相对误差为31.17%。在此基础上,对我国海洋卫星HY-1C水色水温扫描仪的多光谱数据及实测叶绿素浓度进行了相关分析,并基于443及520 nm处的相对反射深度建立了反演模型,模型估算值的平均相对误差比同期L2B产品降低了53.44%。结果表明,基于相对反射深度构建反演模型,可充分利用叶绿素特征波段信息、降低数据敏感性、提高水色要素的信噪比,进而大幅提高模型的反演精度及稳健性。对于水色要素的高光谱及多光谱反演模型构建、水体光学参量测量、卫星产品普及应用、初级生产力估算、生态环境监测、水动力过程研究等领域具有重要的科学意义及较强的应用价值。

求解多维复杂函数及真实世界工程设计问题的高效海洋捕食者算法

针对海洋捕食者算法在面对复杂函数和工程设计优化问题时存在的自适应能力有限、寻优精度有时较低、局部桎梏概率较高等缺点,提出一种新的高效自适应海洋捕食者算法.首先在海洋记忆存储阶段引入学习自动机引导的教与学搜索机制,更好地平衡算法在不同迭代时期对探索和挖掘能力的不同需求;然后在局部开发阶段,引入对数螺旋探索机制,加强算法在最优解附近的精细挖掘能力,进一步提高收敛精度;最后在算法中每次迭代末尾处加入改进的自适应相对反射策略,提升种群跳出局部最优的能力,降低局部桎梏概率.为了分析和验证该改进算法的性能,将其和6种代表性算法在进化计算大会(CEC)2017测试套件上进行100维的函数极值测试,并在4个具有挑战性的工程设计优化问题上进行测试.测试结果表明在求解多维复杂函数和工程设计优化问题时,本文改进算法的寻优精度、收敛性能和求解稳定性明显优于其他6种代表性算法,尤其在高维复杂函数下,其寻优性能的优越性更为显著.

HY-2卫星激光反射器理论分析及激光测距实验

激光反射器作为一种被动无源光学合作目标,是人造卫星激光测距系统中的重要组成部分。对于运行在低轨卫星中的激光反射器,既要在较大的激光入射角范围提供服务,又要将角反射器阵列结构所引入的综合测距误差控制在一定范围内,以保证高精度的激光测距,因此绝大多数采用半球形阵列结构。文中以我国海洋二号卫星激光反射器为例,对半球形激光反射器的远场衍射分布、相对有效反射面积分布、距离更正误差分布和激光测距综合精度等核心技术参数进行理论分析。并以国内流动式卫星激光测距系统TROS1000对海洋二号卫星激光反射器进行追踪和激光测距实验,测量结果表明,激光测距内符合精度为1.1 cm,理论分析与实测结果相符。标志着海洋二号卫星激光反射器性能优良,这对以后激光卫星反射器的设计具有指导意义。

CO_2探测仪星上定标铝漫反射板的制备与试验

为了研制CO2探测仪定标漫反射板,采用物理研磨和化学腐蚀相结合的工艺方法制作了铝漫反射板试验样块,搭建了相对双向反射分布函数和半球反射率的测试装置。在0°和45°入射光的情况下,对可见近红外波段的测试结果表明:表面粗糙度影响铝漫反射板的朗伯特性,240#研磨砂制作的漫射板的朗伯特性最佳;化学腐蚀不仅能提高铝漫反射板的朗伯特性,也能提高铝漫反射板的半球反射率。当选取碱蚀温度为室温20℃、NaOH溶液浓度为52.6 g/L时,最佳腐蚀时间约为4 min;镀膜使铝漫反射板的半球反射率平均提高20%,但会使其朗伯特性稍变差;不同波长处铝漫反射板的相对双向反射分布函数略有不同,但变化趋势相同。实验确定了影响漫反射板漫反射特性的关键参数,并定量优化了这些工艺参数,为进一步研制CO2探测仪星上定标漫反射板提供了依据。

近背向散射测量系统中漫反射板的特性研究

通过分析激光聚变中近背向散射光的收集方式,提出了采用漫反射板收集近背向散射光的方法。通过对漫反射板的应用场景分析,提出了需要研究的漫反射板特性,并搭建了漫反射板特性测量装置。测量并分析了漫反射板的方向半球反射比、双向反射分布函数、面均匀性、真空特性和紫外特性。分析结果表明:F4目标板具有接近于0.99的高反射率,光谱平坦性,近似余弦分布的双向反射分布函数,较高的面均匀性,以及较小的紫外真空影响。因此,F4目标板满足激光惯性约束聚变中近背向散射光的测量需求,采用漫反射板收集近背向散射光的方法可行。

基于光纤准直器的反射式盐度传感器（英文）

设计了一种新颖的光学盐度传感器,该传感器采用基于光纤准直器结合双通道反射原理而设计,特别适用于长距离的盐度值测量(盐度值在设计中用不同浓度的氯化钠溶液表示)。为了验证该传感器的性能,设计并实施了一个对比实验。实验系统是基于菲涅耳反射原理的双通道系统,一路通道接测量传感器,另外一路通道接普通的带保护层的光纤端子。主要创新点和先进性是:普通的光纤准直器可直接用作盐度值测量传感器,尤其是实验表明该传感器的信噪比至少比普通光纤头式传感器高6.11 dB,等价测量距离至少延长了30 km。实验同时表明温度的影响值为0.005 16 dB/℃,温度对测量值影响很小,而且该传感器系统还可以有效消除光源和外界环境带来的干扰。

超声波端角反射测试

利用Z-scan超声仪、标准及参考试块、UItraVision超声波信号采集和分析软件搭建超声波端角反射测试系统。分别对45°、60°、70°探头端角反射进行了测试分析。首先对各种探头反射回波信号进行了采集和分析比对，然后基于超声波传播定律和端角反射波型转换规律从中分离出端角反射信号并计算该信号的相对反射率。测试结果表明，45＆#176;横波探头端角反射接近全反射。纵波探头端角反射信号中杂波多于横波。

熔融石英陶瓷反射体反射率的研究

陶瓷材料因具有良好的化学稳定性、耐高温性、尺寸稳定、反射率高等特性,作为泵浦腔材料具有良好的应用前景。实验以熔融石英为原料,研究了球磨240 min后粉料粒径的变化。用该粉料制备熔融石英陶瓷,研究粉料粒度、烧成温度对熔融石英陶瓷反射率的影响。结果表明:球磨240 min粉体D_(50)由7.2μm下降至3.1μm,而熔融石英陶瓷的相对反射率提高,在1200℃下烧成时反射率最高,主要与其气孔率有关。XRD分析表明:1200℃烧成的熔融石英陶瓷仍保持非晶态;烧成温度达到1300℃时,熔融石英陶瓷中出现方石英相,且随着烧成温度升高,非晶态的熔融石英向方石英转变。

激光隐身效果评价方法研究

根据激光隐身原理提出了用相对反射比、隐身距离和隐蔽系数评价激光隐身效果的三种方法,并对各种方法的优点、适用范围及局限性进行了分析。

用于宫颈癌筛查的光电联合检测系统

为了提高宫颈癌的早期筛查效率以合理分配医疗资源,研制了基于光电联合检测的宫颈癌早期筛查系统.系统顶端放置的光电极手持探头采用电脉冲、红光、绿光及近红外光交替分时刺激宫颈组织,通过光电激励和测量,计算得到组织的光电学特征参数——电压衰减常数和相对反射率,用组织分类算法实现了宫颈癌变的判别.将313例临床检验数据与组织病理检验金标准比对,建立了光电激励下组织响应临床数据库.组织分类结果表明,光电联合检测方法比单独光或电的检测在灵敏度、特异性和总符合率上有较大的提高,与组织病理检验结果的对比表明本文所研发系统总符合率达85.1%,对早期宫颈癌的筛查尤其是落后地区宫颈癌的筛查具有重要意义.

基于SERD与SPAN的全极化SAR数据海岸线分类

基于Wishart分类器的全极化SAR图像H/α分类方法应用于海岸线分类,可区分不同海岸线类型。在聚类过程中,传统H/α-Wishart方法时常将各类聚类中心对应的散射机理混淆,使得同为单次面散射的淤泥质与砂质海岸线类别难以区分。针对此问题,提出了改进型的辅助分层分类方法。算法运用单次反射特征值相对差异度与极化总功率系数构成的二维特征空间,结合支持向量机得到最优分界判据,以分离初始分类结果中混淆的淤泥质与砂质海岸线。实验表明,改进方法能够有效区分淤泥质与砂质岸线,分类混淆矩阵对应kappa系数由0.794提升至0.853,分类识别率得到显著提高。

典型伪装材料高光谱偏振特性实验检测与分析

针对传统检测方法无法在复杂背景下同时获取伪装材料偏振信息与光谱信息的局限性,本文利用高光谱偏振成像技术对典型伪装材料检测并分析其高光谱偏振特性。使用一套分孔径同时式高光谱偏振成像系统,对伪装涂层和伪装网等典型伪装材料进行高光谱偏振检测并解析出伪装材料的9个偏振参量,获得了伪装材料与背景的相对反射率随光谱改变的变化规律。结果表明,利用伪装材料与背景的偏振特性差异,选择合适偏振参量可以增加目标的纹理细节特征并提高其对比度;分析其光谱偏振特性,选择760 nm检测波段有利于快速准确地检测伪装材料。

Xe、Ba和Ce同位素偶偶核形变演化研究

利用反射不对称相对论平均场理论(reflection asymmetric relativistic mean field,简称RAS-RMF)对Xe、Ba和Ce同位素偶偶核形状演化进行研究.结果表明:RAS-RMF理论能很好地描述Xe、Ba和Ce同位素偶偶核的基态性质,计算出的结合能和四极形变与已有的实验数据一致,八极形变对基态性质有重要影响.获得的物质密度分布清晰地展现出Xe、Ba和Ce同位素偶偶核的形状演化规律,反射不对称自由度在其中起重要作用.

反射不对称相对论平均场理论对Ce同位素链形状演化的研究

用反射不对称相对论平均场理论(Reflection Asymmetric Relativistic Mean Field,i.e.:RAS-RMF)对Ce同位素链的基态性质及形状演化进行了研究.结果表明:引入反射不对称自由度自由度,RMF理论能很好地描述Ce同位素的基态性质,计算的结合能与实验数据符合得相当好,获得的形变参数、单粒子能级、物质密度分布及位能曲线清晰地展现出偶偶核Ce同位素的形状演化.

地面激光雷达在斜坡风化探测中的应用

岩石的风化作用是引发滑坡等地质灾害的重要因素,对风化信息的获取在滑坡等地质灾害的预防中非常重要。文章提出了一种利用地面激光雷达数据相对反射率提取斜坡风化作用的方法。首先对研究区域进行激光扫描,对点云数据的回波强度信息进行校正处理,然后获得数据点的相对反射率,并以相对反射率为基准对点云赋色,从斜坡点云数据中探测出有风化作用的特征区域,最后通过与对应的摄影影像进行对比分析,结果肯定了基于相对反射率探测斜坡中风化作用这种特征地物的效果。

GRACE重力卫星激光反射器分析

以GRACE重力卫星激光反射器为例,理论分析了卫星激光反射器的激光入射角、速差补偿和相对有效反射面积,并对激光反射器进行了可测性分析和测距误差分析。通过TROS1000流动卫星激光测距(SLR)系统对GRACE卫星激光反射器进行测距实验,测距精度为0.9cm,实验结果与理论分析结果基本一致。

反射不对称自由度对原子核基态性质的影响

采用反射不对称相对论平均场(Reflection Asymmetric Relativistic Mean Field,RAS-RMF)理论研究了226Th和216Th原子核的基态性质.通过改变RAS-RMF理论计算中双中心谐振子基的不对称系数δ3、形变参数δ2以及基大小参数N,探讨了基参数的变化对计算结果的影响.结果表明:双中心谐振子基参数的改变对RAS-RMF计算结果都存在稳定的区间,在这个稳定区间里,RAS-RMF计算结果与实验数据以及有限力程小液滴模型(FRDM)计算结果一致.尤其是反射不对称自由度的引入,改进了相对论平均场的理论计算,给出了与实验更加符合的结果,表明RAS-RMF理论对描述具有反射不对称形变的原子核更具优越性.

原状水稻土土壤湿度高光谱特征及反演模型

室内高光谱遥感定量反演土壤湿度的相关研究,可以为利用星载或机载遥感数据源进行大尺度土壤水分监测提供理论基础;原状土土样相较于当前广泛使用的研磨土土样,能更好地保持土壤的原始光谱特性和持水性能。为了得到更可靠的土壤湿度光谱特征与更具有适用性的反演模型,利用ASD Field Spec 3光谱仪采集了江苏省金坛市竹林镇的62个原状水稻土土样12套不同湿度梯度的可见光-近红外反射光谱,通过反射率、相对反射率以及水分吸收峰特征参数探究原状湿土光谱特征;在此基础上,选择对土壤湿度变化响应明显的变量,采用偏最小二乘回归反演土壤湿度,并对比选出最佳反演模型。结果表明:(1)随着风干过程中土壤湿度的降低:土壤反射率整体先下降后上升,可见光波段在土壤湿度较低时存在误差;1450 nm和1950 nm吸收峰的位置向短波方向偏移,吸收峰深度、宽度和面积不断减小,2 200 nm处吸收峰右肩高度不断降低。(2)土壤水分吸收峰特征参数对土壤湿度响应明显;反射率和相对反射率与土壤湿度相关性较高的波段均出现在>1300 nm以后。(3)反射率(R)反演原状土湿度精度较低,R2val=0.752,RPD=1.81,经过数学形式和相对反射率(Rr)变换后,[lg(1/Rr)]'建模中R2val=0.820,RPD=1.99;基于水分吸收峰特征参数建立的模型R2val=0.800,RMSEP=62.70 g kg-1,RPD=2.29,最佳主成分数为3,是反演原状土土壤湿度的最佳建模变量。