基于FY-3D/MERSI-II远红外数据的火情监测研究

风云三号D极轨气象卫星中分辨率成像光谱仪(FY-3D/MERSI-Ⅱ)具有250 m分辨率的10. 8μm和12μm波长的远红外通道,为气象卫星遥感火情应用提供更为丰富的数据源。文章研究了FY-3D/MERSI-Ⅱ的10. 8μm远红外通道监测火情的特点,10. 8μm远红外通道虽在光谱方面对高温热源探测灵敏度不如FY-3D/MERSI-Ⅱ的3. 8μm中红外通道,但由于空间分辨率较1 km分辨率的中红外通道高4倍,因而对较大的火点有明显反映,火点探测能力较1 km分辨率远红外通道有明显提高。利用混合像元线性波谱分离方法计算,对于平均温度为750 K,面积400 m^2的明火区,在1 km分辨率远红外通道像元引起的亮温增量约0. 47 K,而在250 m分辨率远红外通道像元引起的亮温增量约为7. 30 K,可与周边背景像元亮温形成较明显差异。利用1 km分辨率的中红外通道判识火点范围,利用250 m分辨率的远红外通道进一步确定明火区位置,可将火点定位精度从公里级提高到百米级。利用该方法开展了森林草原火灾应用实例分析,基于250 m分辨率远红外通道确定的火点位置与实地考察信息吻合较好,说明了提出方法的有效性。多个应用实例表明,在反映大范围火场中较强火势区域位置和草原火灾明火线分布等方面,FY-3D/MERSI-Ⅱ远红外通道较中红外通道具有明显优势,可以更加精细化和准确的反映火情的空间分布,在火情监测方面具有实际应用价值。     

红外预警卫星探测波段地球背景辐射仿真研究

针对红外预警卫星探测波段遥感数据难以获取的问题,研究了基于地表温度反演的红外预警卫星探测波段地球背景辐射仿真方法。采用了通用型单通道算法对FY-3/MERSI数据集进行地表温度反演,得到了全球地表温度分布图。在此基础上,构建了地表红外辐射模型,充分考虑了海拔、大气模式、地表类型等因素对地表辐射的影响,利用MATLAB与MODTRAN进行联合编程完成每个像元对应的地表辐射计算,实现了红外预警卫星探测波段地球背景辐射场景的图像生成。仿真结果表明:仿真图像分辨率高,能够准确反映红外预警卫星探测波段的地球背景辐射特性,可为研究红外预警卫星作战效能评估和目标识别技术提供场景数据支撑。     

STSS Demo红外传感器性能分析

介绍了STSS Demo卫星的红外传感器功能和在轨试验情况.调研了STSS技术关联卫星NFIRRE、MSTI-3和MSX的红外传感器概况及主要性能参数.分别对STSS Demo的捕获传感器和跟踪传感器的主要性能参数进行了分析.对跟踪传感器不同波段探测距离进行了估算.跟踪探测器中波探测波段3.1～4.7 μm、长波探测波段6.0～13.0 μm,工作温度40 K、背景窗口玻璃温度10K、目标温度300K的情况下,对应的中波探测距离约为2191km、长波探测距离约为2482km.     

地面点源中波红外探测建模与验证研究

红外系统在大范围内对异常热源点目标的探测需要平衡像元分辨率与温度灵敏度之间的关系。在探测器规模一定时，现有星载红外载荷存在幅宽大时灵敏度不够、空间分辨率高时幅宽小的问题。针对上述问题，本文提出利用时间延时积分（time delay intergration,TDI）算法处理图像的大视场异常点热源探测初步方案，在一定条件下，达到探测所需的温度灵敏度要求时，能做到217 km×122 km的理论幅宽。同时搭建了一套高灵敏度红外成像实验系统，开展了测试与模拟探测实验，结果表明本方案在实现202 km×114 km幅宽情况下，灵敏度性能约37 m K，满足大范围异常点热源探测的要求。考虑到目标和背景的太阳光反射率等问题，实际应用时取200 m像元分辨率，对应幅宽128 km×102 km。     

亚像元火点对红外预警卫星的辐射干扰特性

亚像元火点是红外预警卫星的辐射干扰源,基于推导火点像元辐射强度方程,对不同条件下的火点像元在2.55～2.85μm波段和4.19～4.48μm波段的辐射强度进行数值计算,分析了影响火点像元辐射特性的因素.通过与TitanⅢB型火箭尾焰辐射特性进行对比分析并利用实际火点数据验证了亚像元火点的辐射干扰特性,结果表明:亚像元...     

地球静止轨道上沙尘暴探测技术的研究

无论从时间尺度还是从空间尺度的监测来看,卫星遥感探测沙尘暴都是一种极重要的手段。极轨卫星6小时一次的时间分辨率,对于持续时间较短的沙尘暴过程来说,往往会漏失监测的有效时机。静止气象卫星每半小时提供一幅占地球表面1／3的全球圆盘图像,可用于沙尘暴信息的实时提取和监测,因此优于其它的光谱测量。本文主要介绍沙尘粒子的分布特征,以及如何通过气象卫星的可见光波段和红外波段探测沙尘暴,为静止气象卫星高频次地监测沙尘暴的发生和演变提供了依据。     

基于遥感数据的地球背景中红外场景仿真

卫星遥感是研究地球大气背景红外辐射特性的重要手段,受大气影响及传感器观测条件的限制,无法获取多气象、多探测条件的辐射数据。针对该问题,基于JHU地物光谱数据库,分析了植被、水体、岩石等光谱辐射特性,结合传感器光谱响应,建立了3~5 m基于光谱相关性的地表辐射波段转换模型,并利用逐步回归法计算误差,模型误差小于10%。利用MODIS、AIRS等多源遥感数据产品,根据地表-大气-传感器辐射传输模型,模拟不同时空分辨率、探测条件等的地球背景辐射中红外图像。结果表明,利用多源遥感数据进行中红外图像仿真,可以实现大尺度、具有细致纹理结构的图像模拟,应用于遥感研究。     

探测天顶角与太阳天顶角对卫星红外探测的影响

为了分析不同探测环境对卫星红外探测的影响,推导了倾斜探测路径下目标与背景在探测器入瞳处的辐照度对比度计算公式。计算了目标在海天背景下不同温度、不同高度、不同太阳天顶角、不同探测天顶角条件下,目标与背景在0.75～14?m波段的红外单色辐射照度对比度。分析指出：太阳天顶角对红外探测的影响主要在2.7?m以下波段,探测波长大于2.7?m可不考虑太阳的影响。目标在5 km以下、探测天顶角在60?以上继续增加时,探测波段变窄,不可探频段增宽;目标在10 km 以上,探测天顶角变化对探测影响很小。这些结论可用于指导卫星红外探测波段选择与探测结果分析。     

FY-3气象卫星中分辨率光谱成像仪和扫描辐射计11μm红外窗区通道的比较

在中国新一代气象卫星风云三号搭载的遥感器中,不同遥感器设有相近的通道.针对扫描辐射计(VIRR)第四通道(波段范围10.3~11.3μm)和中分辨率光谱成像仪(MERSI)第五通道(中心波长11.25μm),应用精确的逐线辐射传输模式(LBLRTM)模拟计算了红外波段8~14μm大气顶向外出射的光谱辐射率,大气廓线采用ECMWF再分析产生的具有代表性的全球52条大气廓线数据集.结合上述两个通道的光谱响应函数,计算了卫星接收到的大气顶出射辐射,从理论上分析了两个通道观测亮温之间的关系.应用2008年9月青海湖辐射校正场FY-3实际观测数据,检验了两个通道的关系.比较结果表明:LBLRTM模拟计算得到的MERSI和VIRR两个红外窗区通道的亮温有较好的一致性和线性关系,MERSI稍低于VIRR,偏差随温度的升高而线性增加.实际观测数据受诸多因素的影响,通道对比结果与理论模拟有一定的差异,VIRR观测亮温低于MERSI.结合MODIS的观测数据,分别与两个通道的观测结果进行了对比,确认了VIRR可能较低地估计了温度,MERSI与MODIS的符合程度在温度探测的绝对精度范围之内.该研究结果有助于评价MERSI和VIRR两个红外相似通道观测结果的异同性.     

利用环境小卫星HJ的火点自动探测方法

环境小卫星HJ是环境与灾害监测预报小卫星星座的组成部分,对提高我国环境监测和防灾减灾能力具有重要意义.针对环境小卫星红外传感器HJ-IRS的性能特点,以MODIS的V4算法为基础,构建了基于HJ-IRS的火点自动探测方法.利用同时相同区域的HJ-CCD火烧迹地影像和MODIS的火点产品数据,对HJ-IRS火点探测方法进...     

第二代静止轨道气象卫星用多波段红外探测器封装及性能

第二代地球静止轨道（GEO）气象卫星用于定量化气象预报,中国已经成功研制出该卫星。卫星上扫描辐射计的探测波段从第一代风云二号的四个增加到现在的十四个,十四个波段中有八个是红外波段,覆盖了短波到甚长波的红外波段。这八个红外波段由三个组件来实现,分别是短波双波段组件（MS-IR）,水汽双波段组件（WV-IR）和长波四波段组件（LW-IR）。MS-IR组件内包含两个81光伏型的MCT探测器芯片,及相对应的两个用于光电输出的电压信号转换和放大的CMOS低温放大器。WV-IR包含两个41 MCT探测器芯片。LW-IR包含两个41和一个42 MCT探测器芯片。这些组件具有较高的电学和光学特性,如MS-IR的D*可达11012 cmHz1/2 W-1。WV-IR的D*优于81010 cmHz1/2 W-1。这八个波段的响应谱均实现了定量化控制,即响应谱控制在给定的内部和外部限制边内。对组件进行了狭缝扫描测试,结果表明组件内部没有明显的光学串扰。没两个波段间的配准精度优于0.01 mm。文中描述了这些组件的结构以及达到的性能,如电性能,芯片配准,光学串扰和光谱响应。     

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。     

GF5B热红外通道星上定标与验证

以GF5B卫星发射前实验室定标为基础,采用星上0级黑体定标数据,建立了适用于GF5B热红外通道的星上绝对辐射定标模型。通过对2022年01月12日星上黑体定标数据进行处理,获得成像仪热红外通道的绝对辐射定标系数。对星上定标系统精度进行分析,并采用地面同步烟台浮标数据对定标结果进行精度验证,结果表明,在轨后星上定标系统的绝对定标精度为0.9 K;星地验证结果显示B11和B12通道亮温的偏差分别为0.33、0.77 K。说明基于星上黑体的定标方法具有较好的精度,定标结果可靠,可满足遥感数据定量化应用的需要,为实时准确获取热红外通道定标系数提供了方法借鉴。     

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。     

静止轨道高分辨率相机Geo-Oculus方案论证研究

Geo-Oculus是欧空局于2008年开展的一项详细论证工作,它用于讨论在地球静止轨道上工作的对地观测卫星如何实现对全球环境与安全进行高空间分辨率和高时间分辨率监视的情况。Geo-.Oculus相机的主要任务是监视欧洲的灾害（水灾、山崩和暴风雨等）、火灾、海藻分布情况和水质,它还具备对石油泄漏和海岸线上的腐蚀物和沉淀物转移的监视能力。Geo-Oculus相机同时具有高空间分辨率和高时间分辨率的特点,其工作波段覆盖紫外、可见、近红外、短波红外和远红外区域,并可被细分为二十多个通道。该相机的可见光通道的地面分辨率可达到21m,紫外通道的为40m,而远红外通道的为750 m。该相机方案论证从工作模式、波段、光学分辨率和焦平面选型等方面展开。这项论证工作是针对静止轨道高分辨率相机方案研究的一个很好的案例,为下一步的详细设计和研制工作奠定了基础。     

Multiorder Etalon Sounder (MOES): a new technique for passive highresolution atmospheric temperature and moisture sounding from satellite

A technique based on the Fabry-Perot interferometer for measuring atmospheric temperature, moisture, and other trace species with high spectral resolution from satellite is described. The key technologies incorporated into the remote sensing technique and instrument design include high spectral resolution through the use of a Fabry-Perot interferometer (FPI), high sensitivity through multiplexing of orders, the use of an innovative FPI focal plane detection technique called the Circle to Line Interferometer Optical system, and the simultaneous sampling of all spectral bands and channels. Studies show that the Multiorder Etalon Sounder is feasible and can greatly improve the sounding capability of present infrared atmospheric sounders     

基于低空图像的Worldview-1 全色波段仿真

对地资源探索是遥感技术的追求目标,Worldview-1是高精度商业卫星之一,星下点分辨率为0.5 m。提出一种基于图像的Worldview-1全色波段仿真方法。以低空飞行的可见近红外图像为数据源,利用大气校正或经验线性法进行反射率反演得到地面反射率图;然后经过以下四个步骤:辐射传输模拟、光谱波段匹配、空间分辨率仿真和传感器调制传递函数MTF仿真,仿真出Worldview-1全色波段图像。通过以飞艇为平台的外场试验获取数据,将仿真图像与Worldview-1全色波段图像从相似度及图像纹理参数进行对比,结果显示这种模拟地物、大气、传感器特性的图像仿真方法可以应用于Worldview-1全色波段图像的仿真。     

大气同步校正仪卷云识别波段稳定性测试方法

大气同步校正仪（Synchronous Monitoring Atmospheric Corrector, SMAC）是高分辨率多模综合成像卫星的业务载荷之一,为卫星主相机提供时空一致的大气观测数据,实现基于辐射传输模型的高分辨率遥感图像大气校正。SMAC设置了专用于卷云识别的水汽强吸收波段,该波段特点使其稳定性测试极易受到实验室水汽波动影响,难以真实反映该波段性能。采用水汽波动控制、探测器同步监测等措施抑制水汽波动对测试数据的影响,结果显示采取措施后SMAC的稳定性误差由4.08%降低至0.23%,表明SMAC卷云识别波段稳定性测试方法合理有效,能够体现产品自身稳定性能,对后续同类产品的稳定性测试具有重要的参考价值。