一种应用于卫星中红外遥感的辐射传输简化计算方案

作为可见光-近红外和热红外的连接谱段,中红外(MIR)兼具短波辐射的反射特性和长波辐射的发射特性,对于温度探测、目标识别等应用场景有十分重要的意义。目前,MIR谱段辐射传输(RT)计算仍然面临背景参数输入多且不易获取的问题。基于此,提出了一种应用于卫星MIR遥感的RT简化计算方案。使用MODTRAN模型(MM),对MIR白天RT过程中所涉及的背景地表和大气参数定量模拟分析,得到影响RT的关键参数,据此形成一套基于MM的参数简化方案(SS)。在MODIS 6个MIR通道的中心波长处,对SS和MM计算的总辐亮度做对比验证,RMSE均小于0.004399,具有较高精度。SS仅依赖于表面温度、表面发射率、大气廓线类型、水汽和云光学厚度,不需要输入气溶胶、CO_(2)和O_(3)数据。相比MM,SS将输入参数从8类降低到5类,计算的时间效率提升了9.02%。在有限的计算资源下,本文所提的SS能够为MIR图像快速处理、大场景遥感仿真等应用领域提供支撑。

陆地生态系统碳监测卫星自主任务规划研究

低轨遥感卫星往往以全球或全国范围内的特定地物为探测目标。为提高卫星在轨运行的自主性,文章提出了一种面向地物目标属性的遥感卫星自主任务规划方法。首先外推出预报点90 min后的星下点经纬度,并根据星载地图和太阳高度角,得到预报点的阳照/阴影、陆地/海洋、境内/境外属性。对地物目标属性信息进行平滑处理后,根据各载荷的地物目标属性,识别出各载荷的工作任务时间段,可实时实现提前约1个轨道圈的载荷自主任务规划。

结合卫星遥感的PM2.5浓度估算与站点异常分析

针对大气污染难监测、异常数据难分析等问题,充分发挥气象卫星多时相观测优势,以N维代价函数算法为依托进行逐小时气溶胶光学厚度反演。进一步以随机森林回归算法为基础,结合气象参数、地面监测参数等辅助变量进行近地面PM2.5浓度估算,并据此开展时空分布与浓度异常分析。江苏省2021年1–6月PM2.5浓度遥感估算精度验证结果显示,其相关性精度达到94%,偏差为5.59μg/m3,证明以卫星遥感数据为基础进行PM2.5浓度估算具有高可靠性与可行性。通过其建立的全区域、多时相监测体系可有效进行PM2.5浓度的时空分布分析,明晰PM2.5分布状况,助力空气污染治理管控。通过卫星估算结果与地面站点监测结果的对比分析,准确识别大泉街道数据低报事件,验证人为干扰数据采集工作,实现星地数据双向监督。文章研究证明,卫星遥感技术可有效支撑近地面PM2.5浓度估算与数据异常分析,推动新时代生态文明建设。

高轨遥感卫星持续跟踪多个动目标的任务规划方法

对多个动目标持续跟踪成像是高轨遥感卫星的重要任务之一。为此,文章提出了高轨遥感卫星对多个动目标持续跟踪的任务规划方法。以卫星姿态机动次数和姿态机动角最小为优化目标,以卫星对动目标持续跟踪的起始、终端状态、服务次数约束及时间分配的限制为约束,建立高轨遥感卫星姿态机动对多个动目标的调度模型。在此基础上,采用遗传算法生成高轨遥感卫星在每个任务周期对多个动目标调度的任务序列,结合九宫格跟踪算法完成对多个动目标的持续跟踪。仿真结果表明:任务规划方法可以成功对1个高速动目标及多个中低速动目标进行跟踪监视,具有很好的适应性。

土壤中元素遥感定量反演研究进展与展望

【研究目的】土壤质量的优劣与人类生活密切相关。鉴于传统的土壤调查方法无法满足大面积土壤质量的动态监测需求,如何发挥高光谱遥感技术宏观、实时、原位、快速等优势进行土壤元素定量反演已成为遥感应用领域的热点和难点。【研究方法】文章围绕土壤元素的直接定量反演、利用土壤中元素相关性的间接定量反演以及基于植物光谱的土壤元素定量反演三种遥感定量反演方法,系统总结了其主要原理、优势与研究现状,从学科交叉融合角度展望了相关领域未来发展方向。【研究结果】当前常用的土壤元素定量反演方法均难于大范围推广应用。相比而言,利用植物叶片或冠层的光谱间接反演土壤元素含量的方法可信度更高。利用生态地球化学领域的研究成果,有助于找到目标元素在不同植物中特有的光谱学效应信息,解码基于植物光谱的土壤元素定量反演原理。【结论】推进学科交叉融合,深化基于大数据挖掘和土壤理化性质的研究,是突破土壤元素广域监测技术瓶颈的有利发展方向。

结合空间语义注意力的二段式遥感图像修复网络

高分辨率遥感图像的缺失区域中地物种类复杂多样、空间异质性高,导致图像修复结果中存在纹理模糊和结构扭曲的问题,且在边界和复杂纹理区域尤为突出。因此提出一种结合空间语义注意力的二段式遥感图像修复网络。该网络由粗修复网络和精修复网络串联而成,旨在使用粗略修复网络提供的先验信息,引导精修复网络对缺失区域的复原。在粗修复网络中,构建多级损失结构以强化网络训练的稳定性;在精修复网络中,提出一种新的空间语义注意力机制,并依据网络特征的分布特点,区别性将空间语义注意力嵌入在编码器和解码器中,以确保局部特征的连续性和全局语义信息的相关性。实验结果表明,所提方法相比于现有其他算法可以进一步提升图像修复效果。

高分七号卫星总体设计与技术创新

高分七号卫星(GF-7)是中国自主研制的首颗1∶1万比例尺立体测绘卫星,是国家高分辨率对地观测系统重大专项的重要组成部分。卫星围绕"双线阵相机与激光测高仪主被动复合测绘"的新体制,形成了高精度内/外方位元素稳定性设计、高精度姿态稳定控制、首个X频段自适应高速率数据传输系统、星上智能星务管理系统等一系列关键技术和创新点,实现了少控制点或无控制点区域的大比例尺立体测绘能力。介绍了卫星的总体设计情况,总结了观测体制、高精度载荷、姿态控制、高速数传、智能星务等技术创新点,通过卫星在轨初步测试结果进行了评价,认为卫星能够满足1∶1万测绘任务的要求。

陆地生态系统碳监测卫星总体设计

陆地生态系统碳监测卫星是中国首颗高精度监测陆地生态系统碳储量、森林资源和森林生产力的林业遥感卫星。卫星以主被动相结合的测量方式,探测陆地生态系统植被生物量、植被生产力,支撑陆地生态系统的资源调查和碳储量核算,服务国家“碳达峰、碳中和”战略和全国重要生态系统保护和修复重大工程监测评价等工作,同时探测大气气溶胶,服务于大气环境监测。文章介绍了卫星的任务需求和有效载荷配置及其技术指标,阐述了卫星主要工作模式和定标模式,展示了卫星的初期运行和在轨测试进展。

高分多模卫星敏捷遥感技术研究及应用

敏捷机动技术是提升高分辨率遥感卫星成像能力的一项核心技术。文章分析了高分辨率遥感卫星发展趋势,提出了基于多种敏捷成像模式的新型观测需求,进而提出卫星平台敏捷机动技术的系统要求。结合中型敏捷遥感卫星公用平台(ZY2000 Remote Sensing Satellite Platform)研制,定义敏捷成像模式,分析平台机动能力,提出了卫星敏捷机动指标要求。针对敏捷机动技术的实现,系统性开展了工作,设计了小惯量的星体结构,开发了基于控制力矩陀螺(CMG)的控制系统和控制算法,采用了敏捷任务规划和管理方案,研制了高刚度太阳翼、大量程陀螺、125 Nms控制力矩陀螺等核心产品,开展了数学和半物理仿真验证。高分多模卫星(GFDM-1)作为中型敏捷遥感卫星公用平台的首发星,实现了敏捷机动技术的应用,验证了多种敏捷成像模式下成像质量满足需求。在轨结果表明:高分多模卫星的敏捷机动能力和成像质量满足设计要求,达到国际先进水平。

从遥感卫星到卫星遥感——智联遥感系统及关键技术方向

近年来,遥感卫星正在经历系统规模、数据量、应用场景等方面的爆炸式增长。传统遥感卫星设计孤立,使其协同性不足、响应速度慢,难以体系化应用。提出了一种由管理层、感知层、传输层、处理层、信息层、应用层等多层结构组成的智联遥感系统架构,并梳理了基于区块链、人工智能、软件定义、大数据、云计算、物联网、5G等新兴技术的关键技术方向,以突破遥感卫星系统的联合规划、联合响应、联合处理的多元协同能力瓶颈,为实现从遥感卫星至卫星遥感的全链条革新奠定技术基础。

陆地生态系统碳监测卫星系统设计与技术创新

由国家民用空间基础设施支持的陆地生态系统碳监测卫星“句芒号”瞄准森林碳汇储量评估的需求,配置了多波束激光雷达、多角度多光谱相机、超光谱探测仪和多角度偏振成像仪等4个载荷。卫星采用主被动遥感相结合的体制,综合运用激光、多角度、多光谱、超光谱、偏振等遥感手段,可实现植被生物量、叶绿素荧光、气溶胶分布的高精度定量测量。通过在轨定标和真实性检验,发布了包括森林树高、生物量、叶绿素荧光等反演产品。目前该卫星处于在轨测试阶段,预期在地面坡度小于5°的区域,树高测量精度优于1.5 m,区域尺度的生物量反演精度优于85%。该卫星将在碳汇储量监测、生态资源详查、国家重大生态工程监测评价等方向上提供遥感监测服务,为“碳达峰、碳中和”战略发挥遥感力量。

反射面天线体制SAR卫星多角度成像姿态控制策略

针对反射面天线体制星载合成孔径雷达(spaceborne SAR)的多角度成像姿态控制问题,文章提出了成像弧段划分规则、首景成像姿态策略、成像角度机动切换策略、第二景成像姿态的计算方法,并基于实测的场景图像仿真数据进行了姿态策略验证,结果表明:提出的姿态控制策略可以实现不同方位角的SAR成像。

中型敏捷遥感卫星公用平台寿命工作研究与实践

中型敏捷遥感卫星公用平台(简称“平台”)是我国首个寿命要求8年的低轨卫星平台,相对于之前国内低轨卫星设计寿命一般为3~5年,技术跨越很大。为确保各项工作的系统性和规范化,开展平台寿命工作。文章介绍了平台寿命工作策划、设计分析、试验、评估等内容,以及寿命指标分配、寿命故障模式与影响分析(FMEA)和寿命建模等关键技术研究及应用情况。通过平台寿命工作,识别了锂电池等51种有限寿命单机,并获得了量化的寿命评估结果,提出了后续卫星利用在轨飞行数据修正模型、完善技术方法的工作建议。

基于随机森林方法的卫星高光谱影像道路提取与分析

高分辨率卫星高光谱影像在道路精细分类与提取方面具有广阔的前景,但目前星载高光谱道路提取所需谱段、光谱分辨率等核心指标尚不明确。文章在构造高光谱影像道路提取的随机森林方法的基础上,利用模拟数据和实验,比较了可见光近红外通道和短波红外通道,以及不同光谱分辨率条件下道路提取的精度。结果表明:利用可见光近红外或短波红外数据均能很好地实现机场跑道、水泥路、沥青道路、土路的准确分类,分类精度随光谱分辨率减小而提高。其中,高光谱影像在提取机场道路和水泥路方面精度高、优势明显。文章相关结论可为高分辨率高光谱卫星总体设计和道路提取处理算法提供参考。

遥瞰山河 拱卫九重——陆地生态系统碳监测卫星“句芒号”

2022年8月4日,陆地生态系统碳监测卫星“句(gōu)芒号”由长征四号乙运载火箭在太原卫星发射中心成功发射。句芒是中国古代民间神话中的木神、春神、东方之神,主管树木发芽生长。2022年7月,国家航天局发起陆地生态系统碳监测卫星征名活动,最终选定“句芒号”,寓意卫星在生态保护与双碳循环中,将会为人类社会作出重要贡献,为卫星赋予独属炎黄子孙的浪漫。

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。

卫星红外遥感技术及其在防灾救灾中的应用研究

红外遥感在防灾救灾应用上相对于传统方法有着省时省力的优势。文章对卫星红外遥感在防灾救灾中的应用研究情况进行了深入调研,对红外遥感在大气、水环境、土壤以及地质异常等各类灾害监测的应用与发展进行介绍和分析,涵盖温室效应、森林火灾、旱灾、水质、温排水、泥石流和地震等多种典型灾害,最后分析国内外主要差距并提出相关发展建议。

可变编码调制在遥感卫星中的应用效能研究

随着遥感卫星观测数据量的日益增加,卫星数据传输能力已成为制约遥感卫星使用效能的瓶颈因素。为充分利用近地遥感卫星数据传输的链路资源,采用可变编码调制(VCM)技术,通过对星地数传信道条件的动态评估,在保证链路传输误码率和链路余量的前提下,自适应地进行当前信道条件下的最优编码调制方式切换,充分利用系统链路余量,提高卫星星地数据传输效能。利用该方法,对VCM数传链路效能进行仿真分析,与相同符号速率的固定编码调制(CCM)体制相比,VCM传输效能平均提升42.1%,可为遥感卫星的数传通道设计提供借鉴。

光学遥感卫星控制力矩陀螺隔振装置模态错位设计

针对整星结构频率和控制力矩陀螺(Control Moment Gyroscope,简称CMG)扰振频率分布密集易引起隔振装置共振的问题,本文通过引入高斯函数对残差项进行修正以改进响应面法,建立了CMG隔振装置近似数学模型;并采用多目标遗传优化算法,对隔振装置的前六阶固有频率进行了错位优化,实现了隔振装置固有频率分布避开整星结构频率和CMG扰振频率的设计目标。通过模态试验,验证了频率分布的准确性。试验结果表明:隔振装置的前六阶固有频率与整星结构频率和CMG扰振频率呈现错位分布,从而为CMG隔振系统频率设计和优化提供了理论支持和工程指导。

高分多模卫星构型与总体布局设计及验证

针对高分多模卫星高分辨率、敏捷成像、高图像定位精度等任务需求,文章从构型和总体布局两个方面,梳理了高分多模卫星的设计理念和技术实现途径。通过体系化的数字仿真、试验模拟、在轨飞行等验证手段,对设计效果进行了验证,并分析总结了卫星构型与总体布局特点,对同类遥感卫星的总体设计具有借鉴作用。