光学遥感对地成像过程中的邻近效应模拟分析

光学遥感的邻近效应可以看作大气点扩散函数(PSF)和地表辐射场的卷积,通过逆向蒙特卡罗法模拟大气PSF,利用辐射传输模型MODTRAN计算地表辐射场,获得遥感器入瞳处的辐亮度值.开展不同对比度目标背景物在典型条件下的邻近效应模拟与分析,结果显示:目标和背景的反射率分布对邻近效应影响很大,背景反射率越大,邻近效应占总辐射的比例越高;暗目标在亮背景下的邻近效应明显大于亮目标在暗背景下的邻近效应;固定成像高度和区域,空间分辨率越高,邻近效应越明显;地面气象视距对邻近效应的影响非常显著,气象视距增大,邻近效应减弱;太阳天顶角增大,邻近效应减弱.模拟结果为高分辨率光学遥感成像系统高精度建模和邻近效应校正算法研究提供了依据.     

天基光学遥感成像仿真中大气影响分析与模拟

模拟大气对成像的影响是天基光学遥感成像仿真中一项非常重要的工作。首先针对工作于可见光到热红外波段（0.4～14 m）的天基光学遥感成像系统,引入了考虑场景内部目标与背景之间相互影响的遥感器入瞳处的辐射方程,并基于线性模型模拟了邻近效应。设计了计算大气透过率、上涌辐射和下涌辐射的大气查找表,分析了水汽含量、气象视距、目标高度、太阳-遥感器-目标之间的位置关系对大气辐射计算的影响,为查找表输入参数的选择提供依据。最后,通过长曝光和短曝光图像的调制传递函数,分析了光学湍流对天基光学遥感成像的影响。     

基于低空遥感系统的星载光学遥感器成像仿真

在星载光学遥感器设计过程中,利用计算机仿真技术模拟遥感器成像过程能够评估遥感系统设计可行性,并预测遥感器成像能力。针对高分辨率星载光学遥感器成像特点,提出一种基于低空遥感系统的成像仿真方法。以低空宽视场和多光谱图像数据为基础,利用图像分类、分类拟合等方法生成低空多光谱宽视场仿真图像,采用经验线性法进行反射率反演,结合星载光学遥感器空间分辨率、MTF、光谱响应等特性以及大气辐射传输理论得到遥感器入瞳处辐亮度仿真图像。将QuickBird卫星作为仿真对象,开展成像仿真实验,并评价仿真精度。实验结果表明仿真图像与卫星图像保持较高相似程度。     

高分辨率中红外遥感(3～5μm)成像模拟中邻近效应分析

在星载高分辨率遥感成像模拟中,需要重点考虑大气辐射传输过程.通常情况下,中红外波段大气多次散射作用可以忽略,但在高分辨率中红外遥感成像中却需对由多次散射产生的邻近效应加以适当考虑.为对其进行定量分析,分别将影响中红外邻近效应的地表、大气及卫星观测几何参量等进行分析,结果表明:邻近效应随像元测量条件而改变,且在正常条件下其贡献达到3%左右.通过将现有大气点扩散函数(PSF)解析算法扩展至中红外波段,建立了中红外像元邻近效应模型,将其与大气辐射传输模型进行耦合,共同实现大气辐射传输与邻近效应模拟.模拟结果表明,模型是正确的,且应用方法切实可行;对中红外大气校正、成像模拟均具有一定参考价值.     

天气怎样影响成像

文中讨论了低层大气层的光学成像问题,着重阐述了各种大气效应对成像质量的影响。按照成像的流程把大气效应的入射辐射与表面反射分开考虑,得到了气象参数与物体表面辐照度的关系,以及气象参数与成像对比度和分辨率的关系。最后通过实验模拟了不同天气条件下的场景成像。     

海面目标高分辨率卫星成像仿真方法

海洋目标高空间分辨率遥感成像仿真技术在海面目标探测识别等方面得到了广泛应用。舰船与海水流体交互作用在高分辨率下得以显现,对其产生的复杂流场辐射模拟是成像仿真的主要难点。重点研究了舰船航行过程中与海水交互产生的流场几何形态和物性变化,提出了与海面方向辐射特性的耦合作用模型及海洋目标高分辨率遥感成像仿真方法。通过频谱分析的方法构建海面三维模型,使用计算流体力学的方法构造了船只航行流场的三维几何模型。根据海面组分分布的不同将其辐射特性与三维结构关联,构建了亚米级海洋场景三维辐射模型。通过辐射传输计算、场景内部多次反射模拟及大气影响和传感器效应仿真,最终得到观测条件下的卫星遥感图像。结果表明,将GF-6卫星全色波段实测图像与相同成像条件下的仿真图像对比,图像均值的误差为9.17%,标准差误差为9.21%,在平均灰度值、灰度分布、纹理细节等方面都具有较好的一致性,可以较真实地模拟高分辨率卫星成像下的海洋目标场景。     

不同大气条件下红外成像效果模拟

红外成像仿真技术是解决实际应用中对红外图像数据源需求的重要途径。大气传输是红外成像的必经环节,对红外图像质量有着重要影响,大气传输效应模拟能提高成像的真实感。同一场景在不同大气条件下红外成像的模拟能为特定的图像分析提供数据。在大气传输理论的基础上,研究了红外成像大气作用效果的模拟方法,通过飞艇平台获得的红外图像作为数据,利用大气辐射传输模型进行大气修正得到地面辐亮度基准图像,在此基础上进行了不同大气模式、温度和水汽含量下的红外图像仿真实验,并对实验结果进行了评价,取得了较为理想的仿真效果,为大气效应模拟提供了一种有效的方法。     

线阵CCD遥感器单轴转台的设计

为了在实验室条件下模拟线阵CCD遥感器的飞行成像,并验证其成像效果,设计了一种线阵CCD遥感器单轴转台控制系统.介绍了线阵CCD遥感器单轴转台的工作原理,分析了转台模拟飞行器成像的误差,给出了转台的指标及参数设计.试验结果表明,速度回路控制精度为2％,位置回路稳态精度为6′,对外成像清晰,满足设计要求.     

光学遥感成像系统全链路仿真框架研究

针对光学遥感成像系统的全链路仿真在我国刚刚起步。通过分析能量在大气、场景和遥感器之间传递时发生的各种相互作用,将整个仿真过程分为三维场景构建与组织、遥感器入瞳处辐亮度图像模拟、遥感器效果模拟三部分,分析了框架中各个模块的功能和模块之间的概念数据流向。最后分析了地形起伏和观测角度变化对成像的影响,计算显示：像元高度从0增至1 km时,入瞳处辐亮度的最大相对差异可达170%;观测天顶角分别从180°变为124.4°时,辐亮度的相对差异最大可接近50%。     

应用幸运成像技术的宽视场自然目标高分辨率成像

大口径地基望远镜的成像分辨率严重地受限于大气湍流,尤其对于宽视场成像。在宽视场成像中,由于大气湍流的影响,点扩散函数远远不满足位置不变性,呈现出局部变形和运动模糊的综合效应。传统的短曝光成像方法不能适应宽视场目标成像,幸运成像技术能够通过分块选取-配准叠加得到分辨率较高的输出图像。主要描述了自然目标的宽视场成像观测,并从不同分块数目和选取比例两个方面对图像进行了事后处理。实验结果表明,4×4矩形的图像分块方法在中等湍流条件下能够获得较好的效果,而在较好的照明条件下选取最好子图进行配准输出对于宽视场成像观测更为合适。     

基于艇载遥感成像数据的高空间分辨率全色遥感图像仿真

高空间分辨率全色遥感图像在军事侦察、地面监视等领域具有较高的应用价值.为模拟星载全色遥感图像, 提出了一种由艇载遥感成像系统获取的低空遥感图像为数据源的高空间分辨率全色遥感图像仿真方法.首先将低空宽视场图像按典型地物类型进行监督分类, 其次将低空宽视场图像与多光谱图像按不同地物类型分类拟合, 并将多光谱拟合结果合成高空间分辨率全色仿真图像, 最后对高空间分辨率全色仿真图像进行仿真精度评价.相比星载全色遥感图像, 仿真图像同样具备高空间分辨率、全色波段、宽视场等特点.仿真方法可为星载全色遥感图像仿真提供较准确的数据支撑.     

地基红外高光谱遥感大气温湿廓线反演研究综述

作为气象学和气候学研究的重要参量,温湿廓线在辐射传输过程、层结稳定度、对流有效位能、降水过程以及云的形成和演变过程中具有重要作用。目前,对大气温湿廓线的遥感探测主要有激光雷达、微波辐射计以及红外高光谱分辨率探测器等探测技术。总结了地基红外高光谱遥感大气温湿廓线在仪器、反演算法等方面的研究进展,重点介绍了统计反演算法和物理反演算法的基本原理,具体分析了不同算法在反演精度、稳定性和计算时间等方面的技术特点。最后,对目前地基红外高光谱遥感大气温湿廓线反演中存在的问题及未来的发展趋势进行了探讨。     

基于AIS信号的低空大气波导监测试验分析

鉴于低空大气波导对海上工作的雷达、通信系统的显著影响,提出了基于实测船舶自动识别系统(automatic identification system, AIS)信号的海上低空大气波导遥感新方法.首先讨论了不同大气折射环境下的AIS信号传播特性,验证了低空大气波导尤其表面波导对海上实际VHF频段AIS信号的显著影响;然后给出了2018年4月20日以及22日岸基AIS接收机接收功率平面位置分布图结果,利用接收站附近探空站的修正大气折射率剖面验证了大气波导是形成AIS信号远距离传播的主要原因;最后给出了基于AIS信号反演低空大气波导的步骤,采用粒子群优化算法得到根据单一方位接收功率的反演结果.该方法具有被动接收、时空分辨率高的优点,是当前雷达海杂波、卫星导航信号遥感探测大气波导的有益补充.     

Satellite-borne lidar observations of the Earth: requirements and anticipated capabilities

Satellite observations have relied on passive remote sensing systems and thereby suffer a fundamental limitation in their accuracy and vertical resolution (2 to 4 km for remote sensing of atmospheric temperature). Lidar systems offer the potential for improved vertical resolution, accuracy, and with global coverage. To better understand important processes in the Earth system, these higher-resolution observations have now become a basic requirement for the satellite observing system of the 1990s. The author discusses the requirements for lidar observations of the Earth's atmosphere, land, and ocean surfaces, and the characteristics of the systems which will provide these observations.<>     

热红外遥感中大气透过率的研究(一):大气透过率模式的构建

大气透过率是热红外遥感中的一个重要参数。通过辐射传输模型MODTRAN模拟热红外波段的大气透过率,构建了基于大气模型、气溶胶模型、水汽量、能见度和观测天顶角等5个因素的大气透过率查找表,分析了不同参数对热红外大气透过率光谱曲线的影响,通过方差分析确定了影响大气透过率的关键因子,针对不同类型的气溶胶模型,构建了基于水汽量、能见度和观测天顶角的常用卫星传感器热红外通道的大气透过率经验模式,解决了卫星热红外遥感中大气透过率精确计算的问题。     

基于海岸线区域两类不同轴遥感设备之间匹配应用

以高光谱分辨率的空间外差光谱仪为例,针对其获取地表目标干涉数据的特点,提出一种利用高空间分辨率遥感图像中海岸线区域的大面积均匀地貌且地表反射率有突变的特征来对空间外差光谱仪进行指向配准的方法,实现了不同轴成像遥感设备与非成像遥感设备之间的匹配应用.利用空间外差光谱仪在多个对地观测点的结果干涉数据和相同经纬度区域的高空间分辨率图像数据进行地基测试实验,将配准校正值结果与其标称值进行对比,误差范围在-3%~5%.结果表明,该方法可为星载不同轴成像遥感设备与非成像遥感设备之间匹配应用提供参考依据.     

临近空间高分辨率偏振成像仪

偏振成像技术在大气探测、环境监测、资源普查和军事侦察应用中具有十分重要的作用,该技术在航空遥感和空间遥感中已经开始使用。临近空间飞行器的发展为偏振成像遥感提供了新的应用舞台,并显示出了明显的优势。本文介绍偏振原理、偏振探测和成像方式,针对临近空间飞行器给出了一种凝视式高分辨率偏振成像系统的方案,并通过论证和分析性能得出了该方案实现的可行性。