基于WRF模式高光谱分辨率测温激光雷达系统分析

为了解析大气瑞利-布里渊散射光谱并获取0 km~16 km的大气垂直温度廓线,采用基于菲索干涉仪结合光电倍增管阵列的高光谱分辨率测温激光雷达(HSRL)对不同季节环境下的温度反演能力及系统误差进行了理论分析,得到了利用大气瑞利-布里渊散射光谱在结合Tenti S6模型进行拟合的情况下,不同的大气模型对温度廓线拟合的影响结果。结果表明,使用US76大气模型结合Tenti S6模型,经10000次脉冲积分后,在0 km~16 km范围内的最大随机误差为1.1 K;使用天气预报模式(WRF)提供的温压场代替US76模型的温压场进行模拟,随机误差随季节略有不同,春季不超过0.65 K,夏季不超过0.98 K,秋季不超过0.59 K,冬季不超过0.63 K;使用WRF模式进行HSRL系统探测能力评估结果优于使用US76的评估结果,若精选不同天气类型,该方法还可以拓展到评估不同季节下HSRL的随机误差,体现了将WRF模式用于HSRL评估的优势。该研究为HSRL测温系统在不同季节下的工作能力评估提供了参考。

大气遥感高光谱分辨率激光雷达研究进展

高光谱分辨率激光雷达由于可实现对大气参数的精确反演,在大气遥感领域具有较好的发展前景。介绍了高光谱分辨率激光雷达探测气溶胶、大气温度以及风速的基本原理以及目前国内外的研究进展,并重点介绍了高光谱分辨率激光雷达系统中的鉴频技术、激光技术、锁频技术以及数据处理技术等几项关键技术。

紫外域多纵模高光谱分辨率激光雷达探测气溶胶的技术实现和系统仿真

多纵模高光谱分辨率激光雷达是一种新型的高光谱分辨率激光雷达.本文在研究典型高功率Nd:YAG脉冲激光器的多纵模模式及其在大气中传输的气溶胶米散射和瑞利散射光谱的基础上,设计紫外域多纵模高光谱分辨率激光雷达系统,采用窄带干涉滤光片滤除太阳背景光的影响,设计可调谐马赫-曾德尔干涉仪,分离提取多纵模激光回波中的气溶胶米散射和瑞利散射光谱,并利用马赫-曾德尔干涉仪双通道输出的互补性原理,精确反演气溶胶光学参量.系统仿真结果表明,所设计的紫外域多纵模高光谱分辨率激光雷达能够实现10 km高度内的气溶胶光学参量精细探测.

小型高光谱分辨率光栅单色仪的研制

单色仪是成像光谱仪进行光谱连续定标的必备设备,为了对高光谱成像光谱仪进行连续光谱定标,设计了一种轻小型高光谱分辨率的光栅单色仪。采用水平式Czerny-Turner光路结构,以高光谱分辨率为出发点,通过推导计算,从光栅选型、焦距计算、狭缝尺寸的确定等方面详细论述了光栅单色仪的设计思路,给出仪器的重要必要结构参数,并论述了这些结构参数对仪器光谱分辨率和体积的影响。根据光栅单色仪的光路特点,对入射狭缝组件、准直物镜组件和成像物镜组件、扫描结构、机身等进行轻小型机械结构设计,并给出正弦杆扫描机构的结构参数与仪器输出波长和波长扫描精度的数学关系,完成了仪器的整体结构设计和装调。应用汞灯可见光光谱进行波长定标,采用最小二乘法得到定标曲线,并提出步进数极限误差与定标曲线相结合的方法,求得仪器的波长重复性和波长准确度;仪器在400~800nm波长范围内,光谱分辨率优于0.1nm,波长重复性达±0.096 6nm,波长准确度达±0.096 9nm。

高光谱分辨率激光雷达同时测量大气风和气溶胶光学性质的模拟研究

提出一套高光谱分辨率激光雷达 (HSRL)系统 ,用于同时测量大气风和气溶胶的光学性质。该HSRL系统中使用碘分子滤波器分离分子和气溶胶后向散射 ,同时利用双边缘检测技术测量大气风场引起的多普勒频移。文中选用合理的HSRL参数和大气模型数据 ,模拟和分析了HSRL的测量性能。系统夜晚运行时 ,可测量 2 0km以下的大气风速和气溶胶 ,风速误差小于 2ms- 1 ,气溶胶的后向散射系数相对误差小于 30 %。在白天工作时 ,相同误差下的可探测高度为 1 0km。模拟分析结果表明 ,该HSRL雷达有较大的应用前景 ,对天气和气象研究等有重要意义。

一种高效计算高光谱分辨率红外大气辐射传输的方法

传统的大气辐射传输计算方法受计算资源和效率的限制已无法满足星载高光谱分辨率红外大气遥感资料处理的需要,基于单色波长辐亮度计算加权组合的方法,开发了一种快速准确的高光谱分辨率红外大气辐射传输的计算模型FFRTM_IR.利用FFRTM_IR模型,针对研制中的FY-3D红外高光谱大气探测仪(HIRAS)的光谱指标,模拟计算了仪器的观测通道亮温,并用独立样本对模拟亮温进行了验证和比较,结果显示:FFRTM_IR对HIRAS所有通道的模拟亮温偏差均小于0.06 K,标准差有效控制在0.1 K以内;在同等计算精度下,FFRTM_IR的计算速度略快于目前国际上通用的快速辐射传输计算模型CRTM.利用FFRTM_IR模型,采用解析计算方法可以进一步得到温度廓线、水汽廓线、二氧化碳、臭氧廓线以及地表参数的雅克比矩阵,计算结果与扰动法计算结果一致性较好,有较高的计算精度.计算和分析结果表明,初步建立了一种高效的红外大气辐射传输计算模型,可用于星载高光谱红外大气探测仪器的观测仿真和资料处理.

基于高光谱分辨率激光雷达的气溶胶分类方法研究

气溶胶是影响气候变化和空气质量的重要因素,对气溶胶作用的量化分析依赖于气溶胶光学性质及其垂直剖面的精细探测。高光谱分辨率激光雷达利用窄带光学滤波器,可在光谱上实现对分子散射和气溶胶散射的分离,从而在不需假设气溶胶激光雷达比的情况下,独立获取气溶胶消光系数和后向散射系数。文中基于高光谱分辨率激光雷达技术,开展气溶胶分类方法研究。根据已有的气溶胶分类研究结果,给出基于气溶胶光学参数的分类方法,并建立气溶胶分类查找表。利用高光谱分辨率激光雷达于2015年春季在青岛地区测量的气溶胶消光系数、后向散射系数和退偏振比,参照建立的气溶胶分类查找表,实现了对气溶胶的分类识别,并用HYSPLIT轨迹模式、NAAPS气溶胶模式进行了印证。个例研究结果表明该方法能够实现对气溶胶类型的正确识别。

高光谱分辨率激光雷达探测大气透过率

研制了一台基于种子注入激光器和碘分子吸收滤光器的高光谱分辨率激光雷达。介绍了该系统的基本原理、数据反演方法和系统结构。分别在有云天气和沙尘天气时进行了高光谱分辨率激光雷达探测大气透过率的实验,并与用常规Fernald方法反演的结果进行对比。观测结果显示,不同种类的气溶胶粒子以及云具有不同的物理和光学性质,Fernald方法中假设的激光雷达比往往不符合实际情况,因此会产生较大的测量误差。而高光谱分辨率激光雷达可以利用分子散射和气溶胶散射的谱宽不同,将两种信号分离探测,避免了假设激光雷达比,从而实现大气透过率的高精度定量探测。

高光谱分辨率横向剪切静态干涉光谱仪

提出一种基于新型的分光方法的横向剪切分束器,分析了该分束器结构的分光原理,并对其用于干涉光谱仪中的效果进行了分析计算·该分束器同体积条件下较目前的分束器可以产生十倍以上的剪切量,应用到干涉仪中可以在获得高光谱分辨率的同时不增大仪器的体积和重量·同时,该分束器分光时,无光能返回光源,较Sagnac型分束器对光能的利用率提高了近一倍;相对变形Mach-Zehnder型结构易实现实体化·

大气气溶胶光学参数的高光谱分辨率激光雷达探测研究

系统地介绍了国内第一台基于碘吸收滤波器的高光谱分辨率激光雷达系统,及有关的数据处理和测量结果.该系统以种子激光注入的窄带Nd:YAG激光器作为发射光源,利用碘吸收滤波器作为高光谱分辨率滤光器件,将接收到的激光后向散射信号分成能量监测和光谱监测两个探测通道,实现对大气气溶胶散射和分子散射的光谱分离.在没有其他假设、仅利用标准大气模型计算结果的情况下,直接测量得到气溶胶后向散射比、后向散射系数.与以往米散射激光雷达大气气溶胶参数提取方法如Klett方法相比,该测量方式无须激光雷达比即气溶胶消光系数对后向散射系数之比的假设.

矿区植被重金属胁迫高光谱分辨率数据分析

研究矿区植被重金属胁迫,植被反射光谱测量必不可少。用成像光谱仪野外测试江西德兴铜矿区典型植被的冠层反射波谱曲线,利用导数光谱评价植被“红边”位置。分析得知,植被红边“蓝移”,最大“蓝移”达11nm。根据红边位置与叶绿素含量的正相关关系,并结合铜矿区地质、地貌特点以及开采情况,初步断定铜矿区植被主要受到重金属胁迫而且胁迫程度与植被冠层重金属含量也呈正相关关系。这可作为高光谱分辨率遥感技术在矿区植被修复方面的决策支持和参考依据。

大气海洋高光谱分辨率激光雷达鉴频特性研究

统一分析大气海洋高光谱分辨率激光雷达(HSRL)的鉴频性能,能够为大气海洋的联合探测研究提供帮助。提出了一种基于视场展宽迈克尔逊干涉仪(FWMI)鉴频器的大气海洋HSRL系统和算法,用于反演海水和大气颗粒的180°体积散射系数。该系统的核心在于采用混合-分子双通道接收信号,其中分子通道利用FWMI鉴频器滤除颗粒信号,透过分子信号。研究表明,反演误差会随着颗粒散射比(总180°体积散射系数与分子180°体积散射系数之比)增大而线性增大,而光谱分离比(分子与颗粒透过率之比)的提高能够显著抑制误差的增长趋势。因为海洋的分子散射与颗粒散射在光谱上更加分离,因此FWMI在海洋HSRL上的鉴频能力高于大气HSRL。所提的基于FWMI的HSRL系统能够工作于水体和大气中,对大气海洋激光雷达的性能提升有重要的意义。

高光谱分辨率遥感在新疆棉花上的应用前景

就高光谱分辨率遥感的概念、发展过程及在国内外农业中的应用现状进行了阐述 ,展望了利用高光谱遥感技术管理棉花生产的前景 ,以期为高光谱遥感技术及精准农业在新疆的实施提供参考。

大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪设计与实现

GF-5卫星的大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪是中国目前光谱分辨率最高的红外超光谱探测载荷,它基于时间调制傅里叶变换光谱探测技术,通过太阳掩星观测方式在750~4 160cm–1(2.4~13.3μm)光谱范围内,实现光谱分辨率0.03cm–1的大气透射光谱探测。该载荷的两大技术特点和难点是高光谱分辨率和自主精密太阳跟踪,采用大光程差摆臂角镜傅里叶变换光谱仪实现了红外宽谱段、高分辨率光谱探测,研制了图像反馈太阳跟踪装置实现在轨自主精密太阳跟踪。文章回顾了该载荷的系统设计、关键技术及实现情况,给出了地面测试与试验结果,可为同类载荷研制提供参考。

用Kohonen神经网络对高光谱分辨率图像进行无监督分类的研究

讨论了将Ｋｏｈｏｎｅｎ自组织神经网络用于成像光谱仪高光谱分辨率遥感图像无监督分类的结果．用于研究的是０．４６～０．７６μｍ１５个波段的高光谱分辨率的原始航空遥感图像．该图像复盖了澳大利亚达尔文市周围约２００ｋｍ２的试验区，包括了海湾、岛屿、海滩、河流、城市与旷野等各种地物类型．神经网络分类的结果提供了试验区内地物分布符合实际的预测和估计，它与传统的分类方法的结果相比较，用神经网络所得到的结果更准确可信．

高光谱分辨率遥感技术在农作物估产中的研究现状与发展趋势

综述了高光谱分辨率遥感技术及利用高光谱分辨率遥感对农作物估产的研究,包括作物种植面积的遥感估测、作物遥感估产最佳时相的选择和地面单产遥感估产模型的研究,并分析了高光谱分辨率遥感在农作物估产中的发展趋势。

高空间分辨率和高光谱分辨率遥感图像的融合

1引言 在遥感成像系统的设计中,空间分辨率和光谱分辨率常常不可兼得,因为高光谱成像系统的光谱带宽很窄,必须用较大的瞬时视场(IFOR)才能收集足够多的光量子以维持可接受的信噪比,同样高空间分辨率系统(IFOR很小)则必须加宽光谱通道,因此在目前的遥感成像系统中,要获得高空间分辨率和高光谱分辨率中的一个必须牺牲另外一个.

星载高光谱分辨率激光雷达的高光谱探测分光比优化分析

高光谱分辨率激光雷达具有分离大气分子散射和气溶胶散射的固有特性,无需假设激光雷达比即可反演气溶胶后向散射系数和消光系数。但由于全球大气气溶胶分布不均匀,造成分子信号接收的高光谱探测通道与参考通道的回波信号信噪比变化大,最终导致反演误差变大。因此必须考虑两通道的接收能量优化分配以减少反演误差。基于回波信号与气溶胶的分布相关机理,将全球气溶胶分布分为三种类型,分析并比较分子通道与平行参考通道的信噪比和反演误差随分光比变化,得到了各大气模式下优化的分光比。

基于扫描F-P标准具的高光谱分辨低平流层温度探测

报道了一种基于扫描F-P标准具的高光谱分辨低平流层大气温度探测技术.通过扫描F-P标准具,获得大气分子瑞利后向散射的透过率分布.对该透过率进行非线性拟合,由拟合得到的谱宽计算大气温度分布.为了减小频率不稳定引起的系统误差,采用静态的F-P标准具实时监测激光出射频率,并在数据处理中进行补偿.由时间分辨率2000 s的激光雷达原始信号的信噪比,根据最大似然估计误差分析,该方法在30km以下的探测误差小于1.9K,50km以下的探测误差小于9.8K.在对比实验中,在18～36km高光谱分辨激光雷达与探空气球探测的温度廓线最大偏差4.7K;在27～34km,高光谱分辨激光雷达与瑞利积分激光雷达探测的温度最大偏差2.7K.在15～27km,由于气溶胶的污染,瑞利积分激光雷达的温度明显偏离其他两种探测结果,最大偏差达22.8K.

红外甚高光谱分辨率探测仪高精度在轨光谱定标

红外甚高光谱分辨率探测仪(AIUS)是高分五号(GF-5)卫星的主要载荷之一,它通过太阳掩星观测实现多种大气痕量气体垂直分布信息的获取,准确的光谱定标是其数据定量反演的关键和基础。针对AIUS超高的光谱分辨率、无配套星上光谱定标设备的问题,提出基于大气吸收特征谱线的多谱线线性拟合算法,通过多普勒频移修正、多谱线筛选、准确谱峰位置确定等关键技术提高其在轨光谱定标精度,并在GF-5卫星成功发射后,围绕AIUS开展了一系列的光谱定标和精度分析工作。结果表明:该方法可实现AIUS的高精度光谱定标,MCT和InSb通道的平均谱峰绝对偏差分别为0.00437cm^(-1)和0.00389cm^(-1),均小于痕量气体反演应用要求的0.008 cm^(-1)。