月表微波辐射对月壤厚度及其物理温度廓线的反演

以中国"嫦娥"1号(CE-1)卫星多通道微波辐射计对月球辐射亮度温度测量数据,选取月球两极、赤道与沿经度150°W作为目标区域,结合月表面地形的数字高程模型(DEM),讨论环形山月球表面(特别是光照度低的两极区域)微波辐射亮度温度的分布。由昼夜温度变化产生的月壤物理温度分布廓线的三层辐射传输理论模型为基础,结合阿波罗登月点月壤厚度测量数据,用CE-1多通道微波辐射观测数据反演与讨论了目标区域的月壤层物理温度廓线及其月壤层厚度。     

嫦娥五号探月雷达的数据处理方法研究

探月雷达对于认识月球和开发月球资源具有重要意义,我国发射的嫦娥五号探测器已于2020年12月1日在月球表面着陆,圆满完成了嫦娥三期工程“采样返回”任务。根据嫦娥五号的任务安排,月壤结构仪在月表采集的雷达数据传回地表后,需要准时对月壤钻头下方2 m深度范围内的月壤结构和可能存在的月岩进行高分辨率成像,为后续月壤钻取任务提供关键的信息支持。本文研究了复杂电磁环境下嫦娥五号探月数据的杂波去除方法,通过速度谱分析法反演月壤分层结构的介电常数,并开发了基于矢量格林函数的频率域快速逆时偏移成像算法。仿真和地面验证试验结果表明:利用速度谱分析方法获取的月壤分层结构介电常数和厚度误差在12%以内,可为逆时偏移成像提供精准的初始模型;研发的频率域逆时偏移算法,可在快速获取月壤中月岩的高分辨率成像结果,为后续月壤采样任务提供准确的信息支持。研究成果为嫦娥五号月壤钻取任务的顺利实施提供了支撑,并将有助于嫦娥五号探月雷达数据的精细化处理,从而深化月壤起源和演化机理的认识。     

基于MERIS数据的渤海海表盐度反演北大核心CSCD

盐度是重要的物理海洋参数,会影响海洋许多过程。基于渤海实测的海表盐度和MERIS卫星获取的遥感反射率数据,建立并检验了一种多元线性模型和人工神经网络模型。经检验,两种模型的反演均方根误差分别为0.858psu和0.689psu(psu为实用盐度单位),对应的相关系数分别为R2=0.81和R2=0.82。将模型应用于MERIS遥感数据,获取了渤海海表盐度图,能够体现渤海海表盐度的空间分布情况。两种模型均可适用于多光谱遥感数据。     

模拟月壤的Hapke模型参数反演方法

Hapke模型是描述行星表面光度行为的辐射传输模型,利用行星表面多角度反射率数据可以反演得到Hapke模型参数,研究行星表面的物理和光度特性.Hapke模型参数的反演需要覆盖相角范围足够大的反射率数据,而行星遥感和就位探测时很难覆盖足够大的相角范围.因此,如何利用有限的多角度数据获取准确的模型参数是一个重要的研究课题.实验室提供了获取大范围角度下反射率数据的实验条件,可以在实验室条件下研究Hapke模型参数反演方法.通过实验室ASD光谱仪和Chang’E-3红外成像光谱仪鉴定件获取的橄榄石和模拟月壤多角度反射率数据进行实验,结果表明有限观测角度可以获取比较准确的模型参数;通过分析Hapke模型参数得到橄榄石和两种模拟月壤的光度和物理特征.     

高分五号卫星GMI 大气CO2 反演方法

二氧化碳 (CO2) 是大气中重要的温室气体, 准确掌握大气 CO2 的含量及变化可为气候变化预测及环境决策 提供支持。为满足气候研究的需求, 卫星观测大气 CO2 柱平均干空气混合比 (XCO2) 的反演精度需优于 1%。搭载于 高分五号卫星上的大气主要温室气体监测仪 GMI (Greenhouse gases monitoring instrument) 采用新型的空间外差光谱 技术, 具有超高光谱分辨率。由于超分辨率卫星观测光谱面临着大气、地表和仪器的综合影响, 故根据 GMI 仪器特征 设计了针对性的反演方法, 通过光谱信息含量的分析, 构建出用于大气 CO2 反演的信息谱以及用于背景扣除的参考 谱, 以此重建观测数据和模拟数据, 并采用最优化估计法反演大气 XCO2。该方法具备缓变背景扣除功能, 可解决空间 外差干涉型光谱的大气 CO2 反演问题。利用该反演方法对 2018 年 8 月至 2019 年 3 月的 GMI 观测数据开展反演, 并 采用碳总量观测网 12 个站点的地面大气 CO2 测量结果进行验证。验证结果表明该反演方法可稳定实现 GMI 卫星观 测数据的反演, 且 GMI 大气 XCO2 反演精度为 0.67%, 优于 1% 的应用需求。     

“高分五号”卫星大气主要温室气体监测仪(特邀)

高分五号卫星于2018年5月9日成功发射，是我国第一颗高光谱观测卫星，大气主要温室气体监测仪是其中一台有效载荷，采用空间外差光谱技术进行高光谱分光，是国际上首台基于该体制的星载温室气体遥感设备。阐述了载荷的基本工作原理，包括分光原理、工作模式及通道设置等内容。载荷的光学系统主要由五部分组成，核心单元为一体化胶合干涉仪，为避免光谱混叠对窄带滤光片的指标参数要求较高。为提高在轨数据定量化水平，载荷设计了基于漫反射板系统的定标装置，可满足光谱及辐射定标要求。最后，梳理了载荷数据处理的基本流程，并对首批观测数据进行了光谱复原，成功获取了1级数据产品，为下一步温室气体反演应用奠定了基础。     

基于高分二号卫星遥感数据的建筑物高度提取

建筑高度信息提取是高分辨率卫星遥感获取城市空间信息的热点问题之一。为了实现建筑物高度信息的高精度提取,提出了一种基于 规则信息的面向对象的建筑物高度反演方法。首先根据建筑物阴影几何、纹理、和光谱特征建立基于规则信息的建筑物阴影 提取算法,进行建筑物阴影信息提取,再通过计算像元平均值算出阴影长度,构建卫星、太阳、建筑物和其阴影的空间模型反演 建筑物高度。采用扬州市两个实验区(佳家花园和杉湾小区)的高分二号卫星遥感数据进行高度反演试验,通过对反演小区的105栋 建筑物实际高度测量,对反演结果验证,总体精度为96.5%。表明该方法在城市建筑物高度信息提取方面具有较高的精度。     

机器学习视角下的多光谱卫星浅海水深反演研究

利用覆盖典型海岛的Landsat-8 OLI多光谱卫星遥感影像和收集到的水深数据，分别采用传统多元线性回归模型、机器学习中的back propagation(BP)神经网络模型和随机森林模型对目标海域水深进行整体反演，并对三种方法的反演精度进行评价。结果表明：相比于多元线性回归模型，机器学习方法的水深反演精度更高；随机森林模型的水深反演精度最高，平均绝对误差为1.94 m，平均绝对百分比误差为18.29%，模型的鲁棒性更加出色，整体精度较多元线性回归模型有明显提高。本研究比较三种方法构建的浅海水深模型的性能，为后续更加高效地获取高精度浅海水深信息提供参考价值。     

西红柿成熟度的近红外漫透射光谱无损检测

为了证实以近红外漫透射光谱技术结合化学计量学方法能有效实现西红柿成熟度的检测，采用美国海洋光学公司的QE65000光谱仪取得了西红柿的漫透射光谱数据，采用日本柯尼卡美能达CR-10反射式色差计取得了亮度、红绿色相、黄蓝色相和总色差颜色数据; 通过标准数学建模方法建立了颜色模型，并通过偏最小二乘回归校正算法建立了近红外光谱模型。结果表明，两组模型都是以红绿色相指标建模时效果最佳，在99个未知样品数据中，预测模型的颜色模型误判情况分别为未成熟0%、半成熟33.33%、成熟0%；而近红外预测模型的误判情况分别为未成熟32.14%、半成熟50%、成熟0%。该研究验证了近红外光谱技术对西红柿成熟度进行无损检测的可行性，这对实现西红柿的快速、批量分选具有一定的实际意义。     

基于Sentinel数据的滇池湖滨湿地地上生物量反演

为了评估基于Sentine 1/2影像数据反演滇池湖滨带湿地森林地上生物量(AGB)的效果和能力,以Sentinel-1 A/B(SAR)和Sentinel-2 A/B(多光谱)卫星图像为数据源,获取SAR双极化后向散射系数、多光谱波段、植被指数和林冠生物物理变量等因子,利用线性回归和机器学习算法,建立了多个滇池湖滨湿地生物量反演模型。所有模型与滇池湖滨湿地样地地上生物量的相关性为0.619~0.84,均方根误差(RMSE)范围为40.14~59.7 t/ha,其中基于SAR的模型反演精确度最低;在多光谱波段中,红色和红边(波段4,5和7)与生物量有很好的相关性;叶面积指数(LAI)模型是生物量反演的最佳变量组合(r=0.84,RMSE=40.14);基于Sentine 1/2影像数据反演滇池湖滨带湿地地上生物量具有可行性。     

利用Hyperion星载高光谱传感器监测太湖水质的研究

通过分析Hyperion星载高光谱传感器的数据特征和水质参数监测精度,确定并详细讨论了波段比值、差值和NDVI算法与叶绿素、悬浮物浓度的相关性差异和敏感波段分布,建立并验证了水质参数高光谱遥感反演模型,初步评价了太湖水体富营养化状况.利用模拟环境小卫星的波段设置和反射率光谱,对比分析了Hyperion和环境小卫星高光谱监测太湖水质参数的反演精度,展示了星载高光谱监测内陆水体水质的应用潜力,有力地促进了我国环境小卫星高光谱数据在水体生态遥感监测中的预研工作.     

“玉兔”独立巡视月球 “红眼睛”传回清晰图像

正据《中国科学报》报道,在与着陆器完成多角度互拍后,"玉兔"开始独立巡月探视。记者今天从中科院上海技术物理研究所获悉,由该所研制的嫦娥三号红外成像光谱仪按预定计划开机,并成功获取了月面可见光图像及月面第一组数据的SWIR相对反射率等光谱数据。地面监控中心显示,红外成像光谱仪各项遥测数据正常,月表目标图像清晰,光谱特征明显。有关专家认为,这为月面的勘探提供了宝贵的数据。     

基于环境星CCD数据的山区大气校正研究

山区地形崎岖，高程变化较大，遥感影像地形效应明显，地物的光谱特征容易受到干扰，导致在分类过程中对遥感影像出现误分，不利于遥感信息的提取。基于辐射传输原理，利用Python开发了针对山区的大气校正算法。所提算法充分考虑了太阳直接辐射、天空散射辐射及邻近地表反射辐射对卫星入瞳处目标辐亮度的影响，可以有效地消除地形阴影的影响。利用所提算法，结合数字高程模型（DEM），对环境减灾二号01组卫星的CCD传感器的山区数据进行大气校正研究。分析结果表明：校正后的图像地形效应减弱，图像质量得到了明显的改善，反演得到的地表反射率与实地测量的地物光谱数据比较吻合，为进一步开展定量遥感研究提供了数据质量保障。     

基于高时空分辨率卫星数据的气溶胶光学厚度反演系统

卫星遥感技术是研究大气气溶胶时空变化规律的重要手段之一。高分四号卫星(GF-4)作为新一代静止卫星,不仅具备更多的可见-近红外波段,而且具有超高时空分辨率的特点,可以执行对固定区域连续观测或凝视扫描覆盖观测,为气溶胶光学厚度定量反演提供了有利条件。基于GF-4静止卫星超高时空分辨率卫星数据,在深入了解卫星观测模式及传感器波段对气溶胶反演敏感性基础上,基于地气时变差异核心思路,开发了针对GF-4超高时空分辨率数据气溶胶光学厚度反演算法;设计并实现了具备业务化反演气溶胶光学厚度能力的软件系统,软件系统具备多线程、全自动运行能力,满足卫星数据处理业务化需求。利用该系统对GF-4数据进行了处理和分析,通过地基仪器实测的气溶胶光学厚度进行了验证,取得了初步结果。结果表明,该系统具有良好的可靠性和稳定性,可以服务于大气颗粒物时空变化遥感监测。     

月球表面原位光谱探测技术研究与应用（特约）

探测月球与行星表面物质化学成分是了解其起源及演化历史的关键，而光谱探测技术则是物质成分识别与定量反演研究的重要手段。原位（In-Situ）光谱探测有别于空间探测中的环绕器遥感及采样返回探测，是指在目标现场进行的近距离光谱探测。我国“嫦娥三号”任务科学研究与资源勘查，需要开展月球表面原位光谱探测技术研究，突破凝视型时序扫描的新型声光光谱探测关键技术，研发适应表面恶劣环境的高性能、轻小型、高可靠仪器，在国际上率先实现月球表面光谱原位探测及分析。论文结合以“嫦娥三号、四号”为典型应用的红外成像光谱仪，介绍据此发展起来的月球表面原位光谱探测技术，包括探测机制、工作模式及仪器的功能、性能与应用；最后，也简要介绍了即将应用的“嫦娥五号”月球矿物光谱分析仪。     

嫦娥一号落月完成四大任务

3月1日16时13分10秒,嫦娥一号卫星准确落于月球东经52．36度、南纬150度的预定撞击点。原定寿命为一年的嫦娥一号．经历了长达494天的太空漫游后。出色完成全部任务：第一,获得了月球0度到南北纬70度之间的全月面图。此外,还完成了原先预定的任务之外的南北极70度到90度之间的月面图。第二。测定了月球表面的多种元素分布以及所含的矿物。第三,完成了研究月球内层土壤各个地方的厚度。以此估算月壤中氦-3的资源量和分布特征。第四．完成了月球环境探测．了解了月球表面以及空间的数据。目前,航天科学家们正在分析嫦娥一号传回的数据。     

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In Sb通道的平均谱峰绝对偏差分别为0.004 37cm~(-1)和0.003 89cm~(-1),均小于痕量气体反演应用要求的0.008 cm~(-1)。     

基于岸基实测数据的FY-3A近红外通道海洋大气水汽反演

利用全自动太阳光度计(CE-318)野外定点长时间序列现场观测数据,验证传统大气水汽反演算法,结果表明,反演结果精度较低,不适于该研究区域大气水汽含量反演.因而给出了近红外波段大气水汽含量探测的原理,对自主卫星FY-3A中分辨率成像光谱仪MERSI(Medium Resolution Spectral Imager)反演大气水汽含量算法作了推导、分析.基于长时间序列现场观测数据集,建立了局地化的FY-3A海洋大气水汽反演算法,并用于研究区实际大气水汽含量反演.通过双通道比值法和三通道比值法反演结果与现场实测数据比较,得出以下结论:模型受下垫面反射率影响较大;三通道比值法较双通道比值法反演结果精度更高,双通道比值法误差为16.1%,三通道比值法误差为14.3%;实测数据验证和改进后算法精度更高.     

湖泊水体高光谱遥感反演总磷的地统计算法设计

高光谱遥感应用于内陆湖泊水质监测具有较好的发展前景,但由于内陆湖泊水体光学环境的时空多变性,如何高效利用水体高光谱特征信息,降低数据冗余度,发展高精度的水质参数反演模型具有重要的意义。针对上述问题,以巢湖为例,将遗传算法和地统计学相结合,利用环境一号(HJ-1A)卫星HSI高光谱遥感数据,建立了基于协同克里格遗传算法的湖泊水质总磷浓度高光谱遥感反演模型。实验结果显示,与传统遗传算法比较,协同克里格遗传算法模拟的ME、RMSE分别提高了128.2%、53%。经总磷实测值和反演值比对,建模和检验的相关系数R2分别为0.85、0.77。反演结果表明:协同克里格遗传算法通过利用克里格插值对传统遗传算法目标函数优化改进,使其具备克里格最佳局部估计能力,能够有效提高反演的精度。     

环境一号C 卫星SAR 图像典型环境遥感应用初探

环境一号C 卫星(HJ-1C)于2012 年11 月19 日成功发射,并与2008 年9 月6 日一箭双星发射的环境一号A 星,B 星(HJ-1A/1B)组成2+1环境与灾害监测预报小卫星星座系统。该文以2012 年12 月～2013 年1 月期间获取的9 景HJ-1C 卫星数据2 级产品(S 波段,VV 极化,Strip 模式,5 m 分辨率)为实验数据,以北京市和福建省近海海域为研究实验区,以HJ-1C 卫星SAR 图像土地利用类型人工解译与制图、地表覆盖自动分类、近海海洋溢油污染识别、海浪特征参数反演、海水养殖区特征提取等近海海洋环境监测等为例,开展了HJ-1C卫星SAR 图像环境遥感应用能力的分析与评价。结果表明:(1)HJ-1C 卫星SAR 图像可用于耕地、林地、公路用地、河流水面、城镇住宅用地、农村宅基地等土地利用类型的人工解译和制图,地类图斑面积勾绘误差小于5%;(2)HJ-1C 卫星SAR 与HJ-1B CCD 图像融合可有效提高地表覆盖自动分类精度;(3)HJ-1C 卫星SAR 图像可用于海洋溢油污染识别、海浪特征参数反演及近海养殖区信息提取等近海海洋环境遥感监测。