基于ZY-102D卫星影像非光合/光合植被覆盖度同步估算方法

以河北林-草交错带为研究区,借助地物光谱数据库非光合植被(Non-Photosynthetic Vegetation,NPV)、裸土(Bare Soil,BS)和光合植被(Photosynthetic Vegetation,PV)反射光谱数据,基于PV、NPV和BS三者在可见光-近红外(Visible and Near-Infrared,VNIR)范围光谱曲线形态差异,利用“资源一号”02D卫星高光谱相机(Advanced Hyperspectral Imager,AHSI)两个窄近红外谱段、多光谱相机(Visible Near-Infrared Camera,VNIC)两个宽近红外谱段(B8和B9),分别构建了NPV、PV和BS三者的光谱分离指数(Normalized Spectral Separation Index,NSSI),进一步结合归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)构建的三角特征空间进行混合像元分解,实现NPV、PV和BS三组分覆盖度同步估算,并结合纤维素/木质素光谱指数(Cellulose Absorption Index,CAI),与基于AHSI短波红外谱段(Shortwave Infrared spectral bands,SWIR)估算非光合植被覆盖度能力进行对比分析。研究表明,结合NSSI可用于摆脱易受水分影响的短波红外谱段参与,可广泛应用于干旱和湿润地区植被遥感覆盖度估算。

资源一号02D卫星可见短波红外高光谱相机研制

高光谱技术获取的地物观测数据可应用于精细化的地物分类。文章论述了资源一号02D卫星上的主载荷之一可见短波红外高光谱相机(AHSI)的基本结构、成像原理和技术特点。通过在轨测试验证了该相机的主要性能指标,相机光谱范围覆盖可见到短波红外(400~2500nm),实现了可见近红外10nm、短波红外20nm的光谱分辨率,可以以30m空间分辨率获取地面60km幅宽的高光谱图像,具有突出的地物分类和识别能力,在国土资源和地质矿产调查,生态环境以及灾害监测,农、林、牧业精细作业,城市规划等领域具有良好的应用前景。

资源一号02D卫星可见近红外相机在轨调试与图像质量评价方法

资源一号02D卫星发射入轨后,针对可见近红外(VNIR)相机工作状态与实验室标定状态的变化,开展了在轨调试及相应图像质量参数评价,保障了相机成像性能。基于资源一号02D卫星可见近红外相机高速推扫成像时场景不断变化的特点,研究了一种通过降低调焦算法对场景不变依赖性来提高调焦精度的调焦方法,保障了相机高精度快速调焦;针对资源一号02D卫星可见近红外相机同时具备高空间分辨率和大幅宽的特点,改进了相机成像参数调整方法,研究了一种基于在轨成像时全链路辐射传输模型的成像参数预估方法,确保了相机积分级数与增益处于最优状态。最后,在完成可见近红外相机在轨调试的基础上,对图像调制传递函数(MTF)、信噪比(SNR)等性能参数进行了测试,测试结果显示相机成像性能处于最优状态。

资源一号02D卫星可见近红外相机技术与验证

资源一号02D卫星主载荷可见近红外相机可以获取2.5m(全色)/10m(多光谱)地面像元分辨率影像、115km大幅宽地面景物,具有1个全色和8个多光谱谱段。为满足多谱段图像信息获取的需求,可见近红外相机从光学系统设计入手,通过采用双通道成像方式实现一台相机设置9个光谱谱段。研制过程中攻克了四色探测器的研制、双通道谱段间的配准、高集成电路设计、光机结构高稳定性设计等关键技术,有效地保证了相机的高性能指标。通过地面测试和在轨运行情况表明:相机设计合理,相机功能、性能满足研制要求,在轨图像品质优异。

资源一号02D卫星高光谱相机热设计及验证

资源一号02D卫星高光谱相机具有内部结构和光路复杂、单机发热量大且分散、控温要求高等热设计难点。文章采用基于多级隔热的分区控温方法,通过优化遮光罩设计、强化隔热措施降低外热流对相机温度的影响;采取电加热主动热控措施提高相机的温度稳定性,通过合理分区控温减小温度梯度;采用一体化热设计方案解决短波电路箱大功率散热难题;采用等效试验方案实现热平衡试验与热真空定标试验的统筹,缩短了试验周期,节约了研制经费。热平衡试验及入轨1年研究结果表明:相机光机主结构温度控制在18.0℃±1.5℃范围内,CCD组件每轨温度波动不大于0.5℃,满足相机的各项温度指标要求。

资源一号02D卫星高光谱相机在轨性能及稳定性评估

为了评估资源一号02D卫星可见短波红外高光谱相机(AHSI)在轨运行模式下的性能和稳定性,在2019年10月—2020年6月期间进行了在轨调试和测试工作。根据AHSI相机的在轨指标测试内容,全面评价了相机的光谱性能、辐射性能、几何性能。此外,卫星运行一周年之际,还对相机运行的稳定性进行了评估,全面分析了传感器状态稳定性、相机噪声特性稳定性。结果表明,AHSI在轨各项系统性能指标良好,符合相机研制技术要求,且在轨运行稳定性良好。

资源一号02D卫星高光谱与多光谱融合数据滨海湿地分类应用

针对当前影像融合方法虽然取得了很大进步,但仍然存在光谱与空间失真的问题,提出了一种适用于资源一号02D卫星滨海湿地分类应用的影像融合方法,可实现较好的影像融合质量,提升资源一号02D卫星数据的滨海湿地分类精度。通过计算数据波段相关性对高光谱影像进行波段分组,并采用成分替换方法与神经网络相结合实现资源一号02D卫星数据的空间分辨率提升。在模拟数据集总定量指标获得了最佳值,在真实数据集中融合影像光谱曲线与参考光谱曲线具有较小差异,分类应用中总体分类精度达到0.97,Kappa系数为0.93,结果表明:提出的方法能够很好地提升资源一号02D卫星的影像融合质量,可进一步提升卫星高光谱影像在滨海湿地精细分类等方面的应用价值。

“资源一号”02D卫星多波段图像融合

图像融合方法同时保持全色图像空间细节和多光谱图像的光谱信息是一个挑战,特别是对于全色和多光谱图像光谱范围部分重合或不重合的波段,或者是波段数较多的多光谱图像,一些融合算法不能较好的支持。针对"资源一号"(ZY-1)02D卫星的全色图像和8波段多光谱图像,对结合光谱响应函数和全局方差匹配的遥感图像融合方法做了适度扩展,并将扩展后的融合方法首次用于ZY-1 02D卫星多个区域的图像融合,并与商业软件使用的效果较好的主流融合方法的结果进行了定性和定量的比较与评价,结果表明:该融合方法空间细节和光谱保持都较好,可用于ZY-1 02D卫星多波段图像融合。

资源一号02D卫星几何定位精度保障链设计及在轨验证

卫星的平台的稳定性和载荷的内部精度作为卫星的重要指标,如果在研制期间不进行严格控制,将会对卫星的几何成像质量带来严重影响。针对资源一号02D卫星可见近红外相机50m(Circle Error 90%,CE90)和高光谱相机100m(CE90)的高几何定位精度要求,文章引入了一种相机成像几何精度的分析模型,提出了一种卫星几何定位精度的指标分解和分析方法。该方法能够全面识别定位精度的误差影响因素和各项因素在定位精度影响中的大小,同时给出客观定量化的定位精度控制目标和手段,便于设计师在不同的研制阶段提出卫星几何定位精度的控制方案。卫星发射后,卫星在轨多景图像定位精度的评价结果表明:此方法误差分解的准确度和置信度较高,具有一定的实用价值,可以为其他光学遥感航天器几何精度的保证设计提供参考。

基于资源一号02D卫星高光谱数据的甘肃头吊泉-南大滩地区蚀变矿物填图及金矿化带识别

高光谱遥感能够根据光谱指纹特征提取蚀变矿物,在地质领域应用成效十分显著。针对最新的资源一号02D卫星高光谱数据特点,首先进行了高光谱数据预处理,选取蚀变矿物光谱特征显著波段进行数据降维,并应用三次样条插值函数对短波红外数据进行光谱波段增值,将光谱采样间隔提高到了2 nm。在优选出矿物填图端元光谱后,应用改进的SAM填图算法提取头吊泉-南大滩地区的褐铁矿、绿泥石、方解石、白云石、短波云母、中短波云母、中长波云母共7种蚀变矿物,详细分析高光谱蚀变矿物的分布特征并开展蚀变矿物的野外地质验证。研究区蚀变矿物与地质体岩性关系密切,多集中在特定地质体的局部地段。方解石和白云石蚀变矿物的定向展布指示了碳酸盐类沉积/变质地层的走向。根据资源一号02D高光谱数据提取的褐铁矿和中短波云母的分布情况,在南大滩-西红滩地段新发现1条长约15 km的金矿化蚀变带,东部的西红滩地段经综合查证存在地表金矿化异常。资源一号02D高光谱数据可以提取褐铁矿等多种蚀变矿物,从而为矿产资源勘查和基础地质调查提供重要的遥感信息。

资源一号02D卫星总体设计与技术特点

资源一号02D卫星是资源一号02C卫星的升级接续卫星,卫星性能指标均进行了大幅提升。文章从系统设计角度介绍了资源一号02D卫星的总体技术指标,结合需求分析阐述了卫星谱段配置、载荷关键指标和轨道特性等系统指标的确定过程和结果。给出了卫星图像质量改进、偏航定标、姿态灵活性、数据获取能力等方面的技术特点。结合卫星在轨使用情况,给出了后续定量化遥感业务卫星的发展建议。卫星总体方案设计过程,可以作为后续业务卫星和其他卫星系统论证的参考。

资源一号02D卫星影像防护林信息提取方法

资源一号02D卫星的成功发射运行,进一步丰富了林草行业各主体业务对遥感数据的应用需求。为测试资源一号02D卫星多光谱和高光谱数据在林业行业的应用能力,文章选取防护林监测这一森林资源调查监测主体业务内容,以河北省张北县为研究区,基于影像光谱信息与比值植被指数(RVI),开展了资源一号02D卫星影像数据对农田防护林遥感信息提取能力应用测试,并与高分二号(GF-2)卫星、陆地卫星-8(Landsat-8)卫星陆地成像仪(OLI)等遥感影像提取结果进行了对比验证。研究结果表明:基于资源一号02D卫星影像光谱信息和常用监督分类方法可较好地提取农田防护林的空间分布信息。其中,多光谱数据提取防护林正确率为94.12%,冗余误差为2.94%,遗漏误差为2.94%;高光谱数据提取防护林正确率为82.35%,冗余误差为8.82%,遗漏误差为8.82%。资源一号02D卫星能够较好地满足防护林监测业务对遥感数据的需求,可为进一步大范围防护林监测业务应用及开展其他森林资源调查等业务提供数据支持,林业行业应用前景广阔。

资源一号02D卫星在轨测试自然资源典型应用

资源一号02D卫星搭载可见近红外相机和高光谱相机,是我国自主建造并成功运行的首颗民用高光谱业务卫星,可采集全色、8波段多光谱、166波段高光谱数据。在轨测试期间,自然资源领域根据相关行业标准和技术规范,结合载荷的数据特点与应用需求,开展了应用测试工作。文章基于在轨测试工作成果,对该卫星数据的应用能力与潜力进行了系统的评价。在轨测试应用表明:其丰富的光谱信息可对土地、地质矿产与环境、海洋等调查监测要素进行高精度解译,可在矿物识别、水质监测、土壤调查等方面进行定量反演;卫星数据满足自然资源调查、监测、监管和应急等相关业务,可为自然资源遥感调查监测提供高质量的数据保障。

资源一号02D卫星高光谱相机系统指标论证及总体设计

介绍了高光谱数据的应用需求以及国内外星载高光谱相机的发展情况,从星载高光谱载荷发展、应用需求及成像特点出发,结合资源一号02D卫星高光谱相机的实际研制情况,提出了面向国土资源应用的高光谱相机选型及系统指标论证方法,并且针对高光谱载荷的特点,提出了包括Etalon效应专项复核测试、热变形分析、在轨定标流程设计等在轨图像质量保障措施。最后,提出了后续星载高光谱相机的发展思路和建议。

资源一号02D卫星星上管路设计方法

面对日益紧张的卫星研制任务需求,结合卫星推进系统管路研制的特点,面向资源一号02D卫星顶层设计需求提出一种推进系统原理驱动的卫星管路布局快速方法(系统)。文章描述了该方法的功能组成和实现方式,包含基于XML的管路原理图的规范化编制、管路原理图的数字化解析、管阀件快速布局、原理图驱动的管路自动连接走向设计、管路自动检查设计等,结合管路系统专家库构建,建立高效、智能的卫星管路快速设计系统。该方法将顶层需求与三维模型设计直接互联,取代原卫星管路设计过程中需求分析、模型转化的人工实现过程,实现了设计过程的精确性和高效性,经资源一号02D卫星应用验证,对提升卫星管路研制能力具有显著效益。

资源一号02D卫星星地数据平衡分析与设计

资源一号02D卫星作为我国首颗民用高光谱业务卫星,搭载两台中分辨率、大幅宽相机,载荷原始数据量高达3.45Gbit/s。针对卫星载荷数据高时效性的传输需求,文章从原始载荷数据率下传需求、图像压缩比选择、对地观测弧段和地面站接收情况以及固存容量使用需求等方面进行分析,设计了卫星数据处理与传输分系统,通过采用灵活的图像压缩比组合、多种工作模式联合、数传天线接力传输等方式,实现卫星星地数据传输平衡,提升了卫星数据传输效能,对后续遥感卫星星地数据平衡设计有一定借鉴意义。

资源一号02D卫星控制分系统设计及在轨验证

针对资源一号02D卫星“一步正样”的研制需求,通过充分继承、适度配置、控制修改的研制思路实现了控制分系统的软、硬件设计。为了保障卫星在轨安全可靠运行,制定在轨故障预案及处理措施;采用小推力器进行轨道控制和动量轮进行姿态控制的轨道维持策略,简化轨道控制流程。资源一号02D卫星发射后,控制分系统运行稳定,姿态控制精度等指标满足要求,设计满足卫星的研制需求。

资源一号02D卫星高光谱与多光谱遥感影像融合方法

资源一号02D卫星可以在同一时间同步获取30m空间分辨率的高光谱遥感影像和10m空间分辨率的多光谱遥感影像,对二者进行影像融合可以在保持高光谱影像光谱准确性的同时提升数据的空间细节特征,从而进一步提高卫星的应用价值。文章通过研究深度学习方法,构建了一个空谱特征分离式网络(Spatial-Spectral Features Separated Network,SSFSN),最终实现高光谱影像与多光谱影像的融合。为验证方法有效性,对资源一号02D卫星的高光谱影像和多光谱影像进行融合试验。实验结果表明:提出的方法在目视效果和质量评价指标上均优于对比方法。

资源一号02D卫星技术风险管理与实践

针对资源一号02D卫星技术特点和“一步正样”(即从方案设计直接进入正样产品制造)研制情况,将技术风险管理工作贯穿于卫星研制始终。以研制流程为主线,全系统、全过程、全要素开展技术风险识别与分析工作。通过方案阶段严格的技术状态基线审定、提前开展有效载荷设计验证、分系统间接口设计验证,以及正样阶段有效载荷产品合盖前工艺和强制检验点检查、软件代码走查等重点工作,卫星技术风险得到有效控制,风险降低到可接受水平。资源一号02D卫星技术风险的有效管理,保证了卫星研制质量,可为其他“一步正样”航天器技术风险管理工作提供参考。

资源一号02D卫星高光谱数据水体透明度反演研究

水体透明度能直观反映水体清澈和混浊程度,是评价湖泊富营养化,衡量水质优劣的重要指标之一。资源一号02D卫星搭载的高光谱相机(AHSI),具有与水质参数相关的精细光谱特征,为水体透明度反演提供了丰富波段选择。文章以我国官厅水库为研究区,采用资源一号02D卫星高光谱影像,开展水体透明度反演研究。通过构建半经验模型,并基于半分析算法(第五版)(QAAv5)和半分析算法(第六版)(QAAv6)的半分析模型,对官厅水库的透明度进行估算,结果均方根误差分别为0.07m、0.55m、0.19m,平均相对误差分别为9.5%、94.7%和31.4%。研究结果表明:资源一号02D卫星高光谱数据能够实现较高精度的水体透明度反演,相比于多光谱卫星数据具有更高的反演精度,可用于内陆湖库的水质遥感监测工作。