HJ-1A/B星地表反照率生成算法与检验

提出了适合环境与灾害监测预报小卫星-A、B星(简称HJ-1A/B星)CCD相机的大气订正算法,并基于不同地表特性和大气条件下的辐射传输模拟数据,建立HJ-1A/B星的窄波段向宽波段反照率转换的模型.利用多级灰阶靶标实测数据、敦煌检验场实测数据验证了大气订正算法以及转换模型的可靠性和精度,并将HJ-1A/B星影像数据计算的反照率产品与同时相的MODIS反照率产品进行对比分析.结果表明:文章提出的HJ-1A/B星CCD相机大气订正算法可有效校正大气影响;窄波段向宽波段反照率转换模型反演的反照率精度可靠;基于研究成果生成的HJ-1A/B星地表反照率与MODIS反照率产品一致性较好,满足后续遥感数据定量化模型研究的精度需要.     

HJ-1星CCD相机场地辐射定标与真实性检验研究

为了满足HJ-1星遥感数据定量化应用的需求,2008年10月中旬,以敦煌定标实验场为地面目标,采用反射率基法对HJ-1A和HJ-1B星的CCD相机开展场地绝对辐射定标,以确定CCD相机响应的变化,并对得到的定标结果进行了误差分析。同时利用非定标同日的敦煌场和贡格尔实验场的CCD星地同步数据得到的表观辐亮度作为标准值,对定标系数进行真实性检验研究。结果表明,定标系数模拟出的CCD表观辐亮度与标准值非常接近,误差均小于3%。研究表明:此次定标实验的结果精度高,并将两次同步数据的定标系数平均值作为定标系数结果,为CCD相机定量化应用研究奠定了良好基础。     

基于Terra/MODIS数据的HJ-1B/CCD1交叉定标方法研究

交叉辐射定标是国际上新近发展起来的一种无场地定标方法,它的应用弥补了场地定标成本较高、定标参数更新周期较长的不足。对于我国2008年发射的环境与灾害监测预报小卫星CCD数据而言,探索交叉辐射定标方法的适用性,对及时发现传感器辐射性能的变化,促进CCD遥感数据的定量化应用具有重要意义。本研究以辐射定标精度较高的Terra/MODIS数据为参考,分别使用光线匹配法（RM）和辐射传输模型方法（RTM）对HJ-1B/CCD1数据进行交叉辐射定标,并与相同条件下进行的场地定标结果比较。实验结果表明,使用这两种方法获取的CCD1的第2、3、4波段的定标结果与场地定标结果差异较小,只有第1波段定标结果与场地定标结果差异相对较大,这证明了交叉辐射定标方法的有效性。另外,虽然RTM方法考虑了参考传感器和待定标传感器光谱响应和观测几何的差异,但是由于RTM方法会受到所使用的6S模型本身的误差以及输入的大气参数、地表参数测量误差的影响,该方法并不总是优于RM方法。     

环境一号B星红外多光谱相机综合辐射定标

环境一号B星红外多光谱相机(简称HJ-1B星IRS)在轨运行过程中受各种因素的影响,其探测性能不断发生衰减,绝对辐射定标可有效地改善遥感器辐射特性的测量精度,从而提高遥感数据辐射质量.文中针对HJ-1B星IRS星上定标系统特点,利用2010年8月地面同步试验数据对IRS热红外通道进行综合辐射定标,修正了原始定标系数,并进行定标系数的真实性检验.结果表明借助地面试验数据进行的综合辐射定标弥补了星上定标系统的不足,获得的定标系数准确可靠,可满足遥感数据定量化应用的需要.     

珠海一号欧比特高光谱数据交叉辐射定标初探

搭载于“珠海一号”卫星星座的欧比特高光谱OHS（Orbit Hyper Spectral）传感器,以较高的光谱分辨率和空间分辨率,在近岸及内陆湖泊水色遥感应用方面具有很大潜力。然而OHS缺乏星上定标系统,目前在轨定标采用陆地定标场的资料,其定标结果在水体等低反射率地物误差较大。因此提出一种基于传感器入瞳总辐亮度的交叉辐射定标法,该方法结合QAA（Quasi-Analytical Algorithm）准分析算法和6SV2.1辐射传输模型,利用GOCI（Geostationary Ocean Color Imager）多光谱数据对OHS高光谱数据进行交叉辐射定标。研究结果表明：①GOCI和OHS传感器获取的地物辐射相关性好,在可见光波段范围内,R²均高于0.84;②重新定标后的数据能明显改善不同传感器之间的辐射差异,在可见光波段范围内,定标误差小于9%。实验为高光谱传感器的辐射定标提供了一种新的方法,对建立高光谱定量化、业务化水色遥感处理系统,特别对OHS数据在水域的各种应用具有重要意义。     

基于HJ-1卫星CCD数据的厦门海域叶绿素a浓度反演

针对HJ-1A/B卫星CCD数据,建立适合于厦门海域的叶绿素a浓度反演模型,将为持续监测该海域的赤潮提供时间序列的叶绿素a浓度数据。基于2013年7月31日厦门海域水体实测光谱与叶绿素a浓度同步测量数据,及HJ\|1B卫星CCD2光谱响应函数,对各波段遥感反射率与叶绿素a浓度的相关性进行比较,证实蓝、绿波段比值与叶绿素a浓度相关性最高。对OC3模型在内的5种模型的反演结果和实测叶绿素a浓度做相关性分析,发现各模型相关系数均达到0.7以上。利用2013年7月30日实测数据对同期厦门海域HJ-1B卫星CCD2数据叶绿素a浓度反演结果进行精度验证,结果表明本地化的10指数模型在反演叶绿素a浓度动态范围较大的区域具有更高的精度。     

HJ1B-CCD影像的质量评估及分析

采用了2009年10月21日同一天获取的浙江中部同一地区的TM与HJ1B-CCD(环境星)的数据,利用主观质量评价和客观质量评价两种图像质量评价方法,对HJ1B-CCD图像与TM1-4波段图像进行了对比评价。主观质量评价方法选取清晰度、反差、地物识别度、地面分解力4个评价指标;客观质量评价方法选取了辐射精度、清晰度、信息量、信噪比、地面分解力5个数据质量评价指标。研究结果表明:HJ1B-CCD图像与TM图像在清晰度、信息量及地面分解力方面能力近似,在辐射精度及信噪比方面低于TM图像。结合NDVI指数对比,相对于HJ1B与TM3、TM4的结果评价,HJ1B图像第3、4波段质量要好,HJ1B在植被识别等应用方面有较好的应用前景。     

HJ-1A/B卫星CCD影像大气订正

大气订正是遥感信息定量化研究中必不可少的一步,目前已有一些成熟的方法,但由于HJ-1A/B卫星CCD相机波段设置特点,常规的大气订正方法基本不适合于HJ-1A/BCCD影像.本文在大量分析HJ-1A/BCCD影像中不同地物的多种指数基础上,提出了改进暗目标法实现HJ-1A/BCCD影像的大气订正,该方法采用比值植被指数(RVI)、土壤调整植被指数(SAVI)和归一化水体指数(NDWI)的综合分析法确定暗像元自动提取,使之适用于环境减灾卫星CCD影像数据.为了客观地验证该方法的精度,本文选取地表平坦均一的敦煌校正场作为实验区,通过多次测量卫星过境时的地表反射率进行分析验证.     

基于高程分层方法的HJ-1B CCD2影像大气校正

大气校正是从环境一号B星(HJ\|1B)CCD2多光谱卫星数据中精确提取地面定量信息的关键一步。采用一种基于高程分层和改进的浓密植被算法,即将整个研究区按照高程间隔0.1 km划分为17个子区域,在不同高程带内利用红波段与短波红外波段(1.6 μm)的线性关系估计出红波段的反射率,然后利用估计的红波段反射率与其表观反射率差值的均值,结合6S辐射传输模型模拟计算得到0.55 μm处的气溶胶光学厚度,从而实现各个波段大气校正。比较分析校正前后成熟林地、水体和裸土的光谱反射率和标准反射率,结果表明:该方法对HJ-1B CCD2数据大气校正可取得较好的效果。     

面向内陆水环境监测的GF-1卫星WFV数据特征评价

各种卫星遥感数据在内陆水环境监测中得到日益广泛的应用并各具优势和不足。2013年4月发射的高分一号(GF\|1)卫星搭载的宽视场相机(WFV)为水环境监测提供了新的数据源。通过与Landsat8 OLI和HJ\|1 CCD对比,从辐射、光谱和空间3个方面客观评价GF\|1 WFV 的数据特征,并分析其在内陆水环境监测应用中的优缺点。结果表明:WFV在内陆水体区域的灰度级数和信噪比高于CCD但低于OLI 10 bit的量化等级足以满足水质参数反演的精度要求,在水体监测应用中WFV现有辐射定标系数需修正;WFV的波段数量和宽度与CCD基本一致,比OLI的少且宽,不能很好地捕捉内陆水体的光谱特征;WFV16 m的空间分辨率和800 km的幅宽,明显优于CCD和OLI。总之,WFV在大范围中小型内陆水体环境动态监测方面具有良好的应用前景。     

HJ-1A/B CCD与Landsat TM/ETM+植被指数的交互比较

利用5对同日过境的HJ-1A/B CCD和Landsat TM/ETM+影像对,研究了二者植被指数(NDVI,SAVI,EVI)之间的定量关系。选用其中的3对影像对作为实验影像,通过对均匀同质实验区对应的植被指数进行回归分析求出二者之间的转换方程,用未参与实验的2对影像对来验证所求转换方程的有效性,并对二者植被指数之间的差异进行了分析。结果表明：两种传感器对应的植被指数之间存在极显著的线性正相关关系,所求的转换方程具有较高的精度,可以利用转换方程将两种传感器的植被指数进行互为转换,有利于二者植被监测结果的互为补充,而两种传感器在光谱响应函数上的不同造成了二者植被指数间存在差异。     

An evaluation of the temporal stability of HJ-1 CCD data using a desert calibration site and Landsat 7 ETM+

Remote-sensing data from the China Huan Jing 1 charge-coupled device (HJ-1 CCD) sensors have been extensively used to capture the dynamics of the Earth’s resources and environment, and to complement Landsat observations. It is critical to obtain radiometrically continuous and consistent measurements from multiple instruments spanning various periods. This study evaluated the radiometric stability of the HJ-1 CCD sensors since launch based on the stable Dunhuang calibration site and the Landsat Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+). The top-of-atmosphere (TOA) reflectance trends revealed from all rigorous selected cloud-free images showed that all bands of the CCD sensors degraded with time ranging from 1% to 7% per year, with the near-infrared (NIR) bands exhibiting the greatest drift. In addition, comparisons between the simultaneous HJ-1 CCD and Landsat ETM+ data revealed that the HJ-1 CCD agreed with the ETM+ within 3% for blue, green, and red bands after adjustment for spectral differences, whereas the NIR bands exhibited larger uncertainties at the level of 4%. The results provided comprehensive analysis of the long-term radiometric performance of the HJ-1 CCD sensors, which will serve as a reference for further applications using HJ-1 CCD data, as well as for successor missions of Chinese satellites, e.g. the Gaofen (GF) series of Earth observation satellites.     

HJ-1A/1B星CCD传感器数据在黄东海浒苔监测中的应用

基于浒苔光谱特性和归一化植被指数,利用HJ-1A/1B星CCD传感器数据对黄东海浒苔进行监测。监测结果表明HJ-1A/1B星CCD传感器,可以提供比MODIS更多的精细信息,如提供重点海域的浒苔分布范围、覆盖范围、变化状况等信息。     

Atmospheric scattering and turbulence modulation transfer function for CCD cameras on CBERS-02b and HJ-1A/1B

Atmospheric turbulence and aerosol scattering can produce the blurring of the remotely sensed image. The degrading effect is usually quantified by atmospheric modulation transfer function (MTF). However, this effect behaves differently with different remote sensors. The effort of this article is to study the different degrading effects of aerosol MTF and turbulence MTF between charge-coupled device (CCD) camera on China–Brazil Earth Resources Satellite-02b (CBERS-02b) and on Huan Jing-1A/1B satellite (HJ-1A/1B). Specifically, a corrected aerosol MTF model is established based on classical solution of small-angle approximation (SAA) model by considering the MTF and the effective instantaneous field of view (EIFOV) of CCD cameras. By assuming many different atmospheric conditions, the aerosol MTF and turbulence MTF for two CCD cameras are evaluated. It is found that the output aerosol MTF of CCD camera on HJ-1A/1B causes more degrading effect than that of CBERS-02b under the same atmospheric condition. However, the situation reverses for the turbulence MTF. Furthermore, CCD images acquired over Beijing, China, by CBERS-02b and HJ-1A/1B on four different dates are selected. The overall atmospheric MTF for these images are determined based on the aerosol products from Aerosol Robotic Network (Aeronet) and radiosounding data. Results indicate that the overall atmospheric MTF of CBERS-02b CCD camera reduces image quality more seriously than that of HJ-1A/1B CCD camera. Additionally, the atmospheric MTF compensation is performed and evaluated for these CCD images based on the overall atmospheric MTF.     

HY-1卫星资料在海洋上的典型应用

HY-1卫星是我国发射的第一颗探测海洋水色的卫星,星上载有10波段COCTS水色扫描仪和4波段CCD成像仪。针对两种传感器数据的特点,分别介绍它们在海洋上的典型应用,对应用算法和生成的应用产品进行了简要说明,并展示了部分应用结果。典型应用的范围涉及到海洋污染、灾害监测,海冰、海温预报,海岸带动态变化研究、海洋渔业环境信息以及海洋初级生产力研究等方面,其中一些产品在日常业务应用中收到较好的效果,说明HY-1卫星作为一颗实验型业务卫星起到了应有的作用。HY-1卫星资料的典型应用为我国后续海洋卫星的研发提供了宝贵的科学依据和实践经验。