航空多角度偏振观测京津唐地区大气气溶胶

航空大气多角度偏振辐射计（AMPR）可以获取多角度、多波段和偏振辐射观测数据,将AMPR装载于遥感飞机对京津唐地区（工业发达、人口集中）的气溶胶进行观测,经过数据处理和反演,得到该地区的气溶胶光学厚度。反演过程中,以大气校正后的1640nm波段观测数据作为下垫面的地表偏振信息,结合查找表的方法,综合利用多角度光谱偏振辐射信息,反演得到气溶胶的光学厚度。反演结果与同步地基观测数据对比,结果表明AMPR具备观测典型区域大气气溶胶的能力。     

大气气溶胶光学厚度反演软件系统设计和实现

为了实现大气气溶胶光学厚度反演的要求,提出一种基于传统暗像元算法为基础的一体化软件系统设计方案,并完成系统的设计和气溶胶光学厚度反演实验。该系统的软件设计主要利用开源GDAL库对MODIS遥感数据进行提取和处理,并通过6S模型建立得出数据查算表。经过应用表明通过该软件系统使反演过程简单化、可视化,同时实现了气溶胶光学厚度反演的一体化的处理。     

400-1000nm波段反演气溶胶光学厚度的暗像元法

从卫星遥感的角度来看,气溶胶的不确定性是可见一近红外遥感中大气校正的难点,从遥感数据本身来反演气溶胶参数,进而完成大气校正,一直是遥感研究的重点.针对可见一近红外波段大气辐射传输特点,提出了利用浓密植被红波段(660 nm)与近红外波段(830 nm)之间的线性关系反演气溶胶光学厚度的基于可见近红外波段的暗像元法,该方法主要思想是首先假设在清洁大气的条件下,利用MODTRAN辐射传输模型对遥感图像进行大气校正,以减少近红外波段大气的影响,再通过双层叠代法搜索浓密植被像元作为暗像元,根据红波段和近红外波段之间的线性关系通过近红外波段计算暗像元的红波段表观反射率,并反演气溶胶光学厚度.利用该方法对PHI航空高光谱图像进行了气溶胶光学厚度的反演,并给出了反演原理、步骤和误差分析.     

气溶胶组分反演方法光学辐射产品 精度的综合分析

基于 2005–2013 年 POLDER-3 多角度偏振观测资料, 通过最新开发的可以实现气溶胶光学特性及组分信息 同时反演的气溶胶组分卫星反演方法获得全球气溶胶综合产品, 并利用 AERONET (Aerosol Robotic Network) 全球站 点观测资料对反演获得的气溶胶光学辐射特性产品进行了综合评价分析, 讨论了气溶胶组分反演方法的适用性和 先进性。结果表明, 气溶胶组分反演方法应用于多角度偏振观测中, 不仅可以获得高精度的多个波段气溶胶光学厚 度 (AOD) 产品, 还可以获得多个波段吸收性气溶胶光学厚度 (AAOD) 以及不同波段组合下 (440/670 nm, 670/870 nm, 870/1020 nm, 440/1020 nm) Ångstrom ¨ 指数 (AE) 等气溶胶光学辐射特性产品, 并且这些气溶胶光学特性反演产品都具 有较小偏差, 表明气溶胶组分反演方法能够更好地对观测数据实现拟合, 获得更丰富更精确的气溶胶卫星反演产品, 为进一步优化算法并提供更加精确的卫星产品奠定基础。     

敦煌地区气溶胶光学厚度的反演研究

1999年,敦煌遥感卫星辐射校正场开始业务化运行。随着敦煌的城市建设和经济发展,辐射校正场周边环境发生较大的变化。为了了解辐射场的气溶胶光学厚度变化情况,2013年6月至7月,中国资源卫星应用中心在敦煌地区进行了为期15天的野外观测实验,采用法国CMEL公司研制的太阳分光光度计CE318对敦煌地区的大气进行测量,获得了4天晴空的大气光学数据。反演结果表明敦煌遥感卫星辐射校正场的气溶胶光学厚度日变化和逐日变化情况不大,550 nm处的光学厚度均值在0.3左右,符合遥感卫星辐射定标大气条件。     

基于多角度偏振探测仪的经验正交函数气溶胶细粒子光学厚度反演算法

针对GF-5卫星搭载的多角度偏振探测仪（DPC）平台上气溶胶细粒子反演算法中半经验模型不适用于城市地表偏振反射率估算的问题。基于DPC的经验正交函数方法，开展了气溶胶细粒子光学厚度反演研究。基于米散射计算气溶胶辐射贡献，采用经验正交函数方法计算地表贡献，利用多角度偏振数据以及矢量辐射传输方程，反演气溶胶细粒子光学厚度。本研究的反演结果与中分辨率成像光谱仪的气溶胶细粒子光学厚度产品分布趋势具有一致性，然后与AERONET北京、香河、香港站点的测量结果进行定量对比，相关系数为0.97、0.96、0.9，平均绝对误差为0.08、0.07、0.12，均方根误差为0.12、0.11、0.17，验证了算法的高精度与合理性。最后呈现2019年中国部分地区的气溶胶细粒子光学厚度月平均数据，并分析山东地区气溶胶细粒子光学厚度变化情况，发现6月是全年最高的时期，均值为0.7。上述结果验证了本文算法的可靠性，可为DPC有效监测气溶胶的时空分布提供技术支持     

综合利用环境星CCD和红外数据反演大气气溶胶光学厚度

采用遥感技术监测大气气溶胶可实现整个研究区域的全覆盖,对区域生态环境的研究具有十分重要的意义.环境与灾害监测预报小卫星于2008年9月6日成功发射,是我国第一个专门用于环境与灾害监测预报的小卫星星座,较目前常用于反演大气气溶胶光学厚度(AOD)的遥感数据源具有一定时间分辨率和空间分辨率的优势.为了促进环境星在陆地气溶胶监测领域的应用,提出一种综合利用环境星同台获取的CCD和红外(1.6 μm)数据反演AOD的方法,该方法利用CCD近红外波段和AFRI植被指数提取非阴影区域浓密植被为暗目标像元、通过6S模型模拟来构建查找表、基于暗目标像元红和蓝波段地表反射率具有较好的线性关系这一原理反演AOD.反演结果误差分析表明该方法比较稳定和可靠,反演结果合理.     

基于DPC 的中国部分区域陆地气溶胶光学厚度反演

大气气溶胶是气候变化与遥感定量化等的重要影响因素, 研究气溶胶光学特性具有重要意义。基于高分五号 卫星搭载的大气气溶胶多角度偏振探测仪 (Directional polarimetric camera, DPC) 过境中国区域的数据, 开展了气溶胶 光学厚度的反演研究。基于矢量辐射传输模型 6SV 计算构建气溶胶光学特性查找表, 采用 Ross-Li 地表 BRDF 模型 和半经验 NB 模型计算地表贡献, 利用标量与偏振的多角度信息和查找表方法, 反演气溶胶光学厚度。 DPC 气溶胶光 学厚度反演结果与中国区域的 AERONET 地面站点测量结果吻合性较好, 线性拟合度较高, 相关性系数大于 0.8, 验证 了算法的可靠性, 为 DPC 有效监测气溶胶的时空分布提供技术支持。     

高分五号卫星偏振遥感陆地上空气溶胶光学厚度

针对多角度偏振成像仪(Directional Polarimetric Camera,DPC)数据,提出了基于多角度多光谱偏振信息的气溶胶光学厚度反演方法。该方法使用Nadal-Breon半经验模型计算地表偏振反射率,以扣除地表影响;采用倍加累加法矢量辐射传输模型构建气溶胶参数查找表,通过计算最小残差,动态确定最优气溶胶模型,从而实现陆地上空气溶胶光学厚度的反演。使用DPC的L1级条带数据,反演获得了中国东部地区气溶胶光学厚度的空间分布,并与MODIS产品和AERONET地基站点数据分别进行了对比,反演结果与MODIS气溶胶产品的整体分布具有很好的一致性;同时,与AERONET地基站点观测结果具有较高的相关性,670 nm和865 nm两个波段的相关系数都在0.8以上,说明该算法模型反演陆地上空的气溶胶光学厚度准确可靠,可为DPC遥感大气气溶胶提供技术支持。     

MPL反演南京北郊气溶胶光学厚度准确度的研究

微脉冲激光雷达是探测气溶胶的有效工具。为了验证探测的准确度,对一台微脉冲激光雷达观测数据采用Fernald算法进行反演,得到了南京北郊上空的气溶胶光学厚度,并将反演结果同太阳光度计观测数据、喇曼-瑞利-米雷达观测数据和中分辨率成像光谱仪的标准气溶胶产品进行了比较。结果表明,它们之间具有一定相关性。微脉冲激光雷达是反演气溶胶光学厚度的有效手段,可以用于其它观测手段的地面验证。     

基于多源遥感卫星的海面舰船目标检测方法

围绕光学卫星遥感图像中的海面舰船目标检测问题,考虑静止轨道遥感卫星和低轨道高分辨率遥感卫星的优缺点,提出一种基于多源遥感卫星的海面舰船目标检测方法。该方法首先通过多结构多尺度形态学滤波和自适应阈值分割对静止轨道卫星遥感图像进行目标预检测,然后将预检测结果与卫星图像的地理位置信息相结合来确定高分辨率遥感图像候选目标区域,最后提取候选目标区域中目标的主要特征,进行舰船目标判别,将判别结果反映到静止轨道遥感卫星图像上。仿真结果表明,该方法能有效检测出海洋背景遥感图像中的多个运动舰船目标,具有目标检测率高、虚警率低、时效性好等优点,为静止轨道遥感卫星对海面运动舰船目标的实时监视跟踪提供了技术支撑。     

基于氧气A 带的高光谱卫星气溶胶层高优化反演

针对气溶胶被动卫星遥感中由于气溶胶模型的不确定性导致的反演误差, 引入了一种基于贝叶斯理论的新型 气溶胶层高反演算法, 并应用于哨兵5 先导(Sentinel-5P) 卫星的TROPOMI (TROPOspheric Monitoring Instrument) 载 荷。该算法基于不同候选气溶胶模型的模型证据(气溶胶模型的条件概率密度) 确定符合当前观测数据条件的气溶胶 模型, 并通过两种模型选择方案分别得到估算最大值解和估算平均值解作为反演结果。以TROPOMI 观测到的一次真 实野火事件为例, 反演结果和官方产品具有很好的空间一致性, 且明显降低了低估现象, 证明在气溶胶先验知识缺乏 的背景下该算法能够高效选择合适的气溶胶模型, 为今后高光谱卫星气溶胶层高反演的业务化数据处理提供了一种 新的解决方案。     

GF-4 大气校正并行算法研究

高分四号 (GF-4) 是我国第一颗高分辨率对地静止卫星, 地表反射率产品对于评估生态环境与减灾防灾具有 重要价值。 GF-4 大气校正算法对地表反射率进行估计, 迭代计算观测与计算表观反射率残差最小值得到气溶胶光学 厚度, 并构建 6SV 查找表对地表反射率结果进行计算。在精度验证基础上, 考虑产品生产的高效率需求, 对计算复杂 度高的步骤基于图形处理器 (GPU) 进行内核设计, 实现线程、寄存器等性能优化。研究结果表明, 基于 GPU 加速的 大气校正算法在性能与能耗上具有较大优势, 一景 GF-4 PMS 的 10240×10240 像元数的影像数据, 相比顺序执行取得 57.3 的总体加速比, 而总体能耗仅为顺序执行的 15.5%。     

大气气溶胶污染监测中应用的新型全天时户外型拉曼-米散射激光雷达系统

介绍在大气气溶胶污染监测中应用的新型全天时户外型拉曼-米散射激光雷达系统,主要用于对大气边界层结构、对流层气溶胶和云光学特征及其形态进行自动连续观测。该系统在整体结构方面,运用成熟的米散射、偏振和拉曼激光雷达技术,采用一体化设计,结构紧凑,便于运输,外场试验无需安装和调试;在系统控制方面,采用一键式启动,操作简单,同时具备手动和自动两种工作模式,并具有网络控制和数据传输功能;在数据处理方面,采用自动和人工两套处理软件,前者可根据系统设置自动处理和实时显示测量结果,后者则根据用户设定参数对原始测量数据进行数据反演和显示。该系统真正实现了激光雷达的产品化应用要求,可广泛运用于大气环境监测和大气科学等研究领域。     

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.     

CBERS-2 CCD相机绝对辐射定标系数验证与评价

卫星遥感器绝对辐射定标系数的有效性检验，是对卫星遥感精度进行全面评价的最有效手段之一。利用绝对辐射定标系数反演反射率值与实测值对比的方法，对CBERS-2CCD相机绝对辐射定标结果进行了有效性检验与误差分析，根据分析结果对CCD相机4个波段的绝对辐射定标系数作出了客观的评价。验证表明，两点法获得的CCD相机定标系数可靠，定标效果较好，而单点法获得的定标系数对CCD相机不适用。     

高分一号卫星PMS 相机多场地宽动态辐射定标

为克服卫星遥感器常规定标方法不足,实现GF-1 卫星PMS 相机高精度在轨定标,提出了多场地宽动态辐射定标方法,分析了新方法的不确定度。首先,介绍宽动态辐射定标原理和试验场区概况,设计开展了GF-1 卫星多场地同步观测试验;接着,基于试验数据和宽动态定标模型,实现了GF-1 卫星PMS 相机的在轨辐射定标;最后,讨论GF-1 卫星PMS 相机多场地定标的不确定度和模型的稳定性。结果表明:GF-1 卫星PMS 相机自发射以来辐射响应特性与实验室定标结果相比发生了一定变化,最大变化量达到了7.72%;PMS 相机多场地辐射定标的综合不确定度为5.35%。所获取的PMS 相机定标系数满足遥感辐亮度产品生产的精度要求,且多场地定标可作为后续高分卫星的在轨定标的方法参考。     

低轨遥感卫星Ka频段捕获跟踪的设计及应用

随着对地观测技术的快速发展,遥感卫星空间分辨力的不断提高,星地链路传输的信息量越来越大,码速率越来越高,数据传输频段已经由传统的X频段扩展到Ka频段,以满足海量遥感数据传输的需求。但Ka频段低轨遥感卫星波束非常窄,遥感卫星地面接收系统需要具备良好的跟踪性能,才能实现系统稳定的捕获跟踪,保证接收数据的质量。文中通过对跟踪方式和跟踪精确度方面进行分析和论证,优化捕获跟踪流程,实现对低轨遥感卫星Ka频段的捕获跟踪。文中提出利用S频段跟踪引导Ka频段跟踪的方式,高低仰角采用不同的优化流程设计,结合高分辨力对地观测系统重大专项的先期研究内容和某地面接收站进行了设计验证,结果表明,可实现低轨遥感卫星Ka频段的捕获跟踪,待时机成熟,可进行工程应用。     

Lidar sensing of aerosols and clouds in the troposphere and stratosphere

Advances in the development and application of lidar as a tool for the remote sensing of atmospheric aerosols and clouds are reviewed. The lidar sensing technique is described, and various approaches for solving the lidar equation to retrieve aerosol properties are summarized. Examples are presented of lidar applications of aerosol and cloud sensing in both the troposphere and stratosphere. These include environmental monitoring, atmospheric boundary layer studies, retrieval of aerosol optical and physical properties, sensing of clouds, and investigation of volcanic effects in the stratosphere. Comments are offered regarding the future outlook for aerosol and cloud sensing by both ground-based and spaceborne lidar.<>