大气遥感高光谱分辨率激光雷达研究进展

高光谱分辨率激光雷达由于可实现对大气参数的精确反演,在大气遥感领域具有较好的发展前景。介绍了高光谱分辨率激光雷达探测气溶胶、大气温度以及风速的基本原理以及目前国内外的研究进展,并重点介绍了高光谱分辨率激光雷达系统中的鉴频技术、激光技术、锁频技术以及数据处理技术等几项关键技术。     

基于高光谱分辨率激光雷达的气溶胶分类方法研究

气溶胶是影响气候变化和空气质量的重要因素,对气溶胶作用的量化分析依赖于气溶胶光学性质及其垂直剖面的精细探测。高光谱分辨率激光雷达利用窄带光学滤波器,可在光谱上实现对分子散射和气溶胶散射的分离,从而在不需假设气溶胶激光雷达比的情况下,独立获取气溶胶消光系数和后向散射系数。文中基于高光谱分辨率激光雷达技术,开展气溶胶分类方法研究。根据已有的气溶胶分类研究结果,给出基于气溶胶光学参数的分类方法,并建立气溶胶分类查找表。利用高光谱分辨率激光雷达于2015年春季在青岛地区测量的气溶胶消光系数、后向散射系数和退偏振比,参照建立的气溶胶分类查找表,实现了对气溶胶的分类识别,并用HYSPLIT轨迹模式、NAAPS气溶胶模式进行了印证。个例研究结果表明该方法能够实现对气溶胶类型的正确识别。     

机载激光雷达和高光谱技术的遥感监测数据分类

针对随机森林算法、支持向量机以及线性判别分析3种分类方法分类准确率较低、性能不佳的问题,基于机载激光雷达和高光谱技术提出一种新的遥感监测数据分类方法。分析机载激光雷达和高光谱遥感的工作原理,依据二者的工作原理提取遥感监测数据。为了提升数据分类的准确性,需要进行数据预处理,具体包括噪声点剔除和平滑校正处理,并进行数据配准。在此基础上,采用K最近邻搜索算法提取遥感监测数据特征,最终运用决策树算法中的C4.5算法构建分类器,实现遥感监测数据的分类。实验结果表明:通过混淆矩阵得到所设计方法的分类准确性达到了95以上,分类结果优于传统分类方法,能准确识别目标,证明了方法有效性和可行性。     

基于视场展宽迈克尔孙干涉仪的高光谱分辨率激光雷达滤光器设计研究

提出了用作近红外高光谱分辨率激光雷达(HSRL)光谱滤波器的视场展宽迈克尔孙干涉仪(FWMI)的设计方法。详细给出了FWMI的设计理论和设计指标的确定过程,通过视场补偿及热补偿设计,使FWMI能在一定温度范围内保证较大的入射视场。给出了针对近红外FWMI的设计结果。性能评估表明,所设计的FWMI可接收的视场角大于2°,并在(20±0.5)℃的温度范围内具有几乎不变的工作性能。最后通过容差分析,保证了该设计结果能满足现有的加工工艺。该设计过程和方法对FWMI的设计加工具有一定的指导意义。     

气体遥感红外光谱数据的识别分类

本文提出了一种基于模拟的线性分类技术。文中详细叙述了该方法的原理与实现。并通过实例说明，本方法应用于气体遥感红外光谱数据的分类与识别是行之有效的。     

基于模式识别技术的高光谱遥感图像检测

针对高光谱遥感图像以模式识别的方式进行人工智能检测,一直存在时效性与便利性差的问题,提出一种基于模式识别技术的高光谱遥感图像检测新方法。通过高光谱遥感图像邻域中像素灰度的加权均值对模板中中心像素进行替代,通过邻域平均法令邻域像素更加均衡化,减弱噪声点,完成对高光谱遥感图像的预处理。通过平均值法实现相邻帧图像的拼接,对重叠部分帧间差分进行计算,实现高光谱遥感图像的进一步处理。结合相对温差法和拓扑矩阵修正方法对高光谱遥感图像中的异常情况进行检测,确定高光谱遥感图像中的过热区域。实验结果表明,所提方法对高光谱遥感图像的处理性能好,对一次特征检测准确性高。     

大气海洋高光谱分辨率激光雷达鉴频特性研究

统一分析大气海洋高光谱分辨率激光雷达(HSRL)的鉴频性能,能够为大气海洋的联合探测研究提供帮助。 提出了一种基于视场展宽迈克尔逊干涉仪(FWMI)鉴频器的大气海洋HSRL系统和算法,用于反演海水和 大气颗粒的180°体积散射系数。该系统的核心在于采用混合-分子双通道接收信号,其中分子通道 利用FWMI鉴频器滤除颗粒信号,透过分子信号。研究表明,反演误差会随着颗粒散射比(总180°体积散射 系数与分子180°体积散射系数之比)增大而线性增大,而光谱分离比(分子与颗粒透过率之比)的提高能够显 著抑制误差的增长趋势。因为海洋的分子散射与颗粒散射在光谱上更加分离,因此FWMI在海洋HSRL上的鉴频 能力高于大气HSRL。所提的基于FWMI的HSRL系统能够工作于水体和大气中,对大气海洋激光雷达的性能提升有重要的意义。     

无人机激光雷达遥感图像超分辨率重建方法

通过无人机激光雷达技术获取遥感图像的过程中易受外界干扰,出现图像清晰度低、细节信息模糊等问题,提出无人机激光雷达遥感图像超分辨率重建方法。在最小二乘滤波方法的协助下对无人机激光雷达遥感图像进行多尺度分解后,增强遥感图像纹理信息,并利用图像局部特征自适应融合方法对遥感图像进行融合处理,将预处理后的遥感图像超分辨率重建视作信息测量值的信号重建问题,不断地利用稀疏系数以及联合字典学习法训练得出最终结果,从而实现遥感图像超分辨率重建。实验结果表明,所提方法的遥感图像重构效果好、信息融合质量优、重构图像效率高以及MSE均方根误差低。     

高空间分辨率和高光谱分辨率遥感图像的融合

1 引言 在遥感成像系统的设计中,空间分辨率和光谱分辨率常常不可兼得,因为高光谱成像系统的光谱带宽很窄,必须用较大的瞬时视场(IFOR)才能收集足够多的光量子以维持可接受的信噪     

激光雷达与高光谱遥感对地立体探测研究

将激光雷达对大气,水体的透视及对地精确测距定位的立体成像探测能力和高光谱技术相结合,发展先进的空、天基对地立体成像综合定量探测系统,是国家对大气、陆地和海洋精确立体综合定量探测的迫切需要,也是遥感技术自身发展进步的要求,激光与地面、水体和大气的相互作用及其在高光谱的遥感响应是空,天基激光雷达和高光谱对地立体成像综合定量探测的核心理论基础和关键科学问题.综述了激光雷达对地探测系统的研究现状和发展趋势.提出了新的基于激光雷达与高光谱遥感的对地立体探测系统.将激光雷达对大气、水体的透视以及对地的精确测距定位与高光谱技术相结合,介绍了该系统的原理方法和特点.从激光雷达和高光谱数字影像的广义大气修正和地形辐射改正,大气光学厚度与程辐射图像的生成,激光雷达的非均匀水体修正和水底地形改正,激光雷达和高光谱与介质以及目标的相互作用,多源数据融合等五个方面阐述了该体系的关键技术及其研究思路.     

珠三角地区一次灰霾天气过程激光雷达观测与分析

利用拉曼米散射偏振激光雷达对2009年11月珠江三角洲地区出现的一次灰霾天气过程进行了观测研究,对颗粒物的光学性质和物理参数进行了分析。灰霾发生期间,颗粒物主要分布在1.5 km以下,其中0.6～1 km高度的浓度较大。灰霾发生前期,颗粒物在532 nm波长退偏比为0.2,(?)ngstr(o|¨)m指数和雷达比分别为1±0.4和40±8 sr,表明灰霾颗粒物中有大量非球形粒子,粒径大,符合一次污染源排放的颗粒物特征;11月25日后,颗粒物在532 nm波长退偏比逐渐变小至0.07±0.02,Angstr(o|¨)m指数为1.5±0.6,激光雷达比为56±12 sr,说明颗粒物多为球形粒子,细粒子占比较大。观察结果表明,前期轻度灰霾天气期间,颗粒物主要为人为源污染源排放,为大气复合污染提供了条件,随着污染物不断聚集,25日后二次颗粒物大量生成,加剧了灰霾污染。     

基于深度学习的激光雷达遥感图像分割

为解决传统激光雷达遥感图像分割方法存在的分割精度差、鲁棒性差问题,引入深度学习模型对激光雷达遥感图像分割方法进行研究。通过对图像的颜色通道R、G、B三个分量进行加权平均,使激光雷达遥感图像灰度化,完成遥感图像预处理,根据处理结果构建遥感图像分割模型,并进行图像的细分割,引入改进深度学习模型计算全卷积网络输出值,最后以全卷积网络输出值作为激光雷达遥感图像的分割值,实现激光雷达遥感图像分割。通过实验数据显示,与传统激光雷达遥感图像分割方法相比较,提出的激光雷达遥感图像分割方法极大地提升了分割精度与鲁棒性,充分说明提出的激光雷达遥感图像分割方法具备更好的分割效果。     

基于星载激光雷达的AOD与海面风速关系研究

海面上空气溶胶的产生和传输在一定程度上和风有关,研究气溶胶和风速间的关系,对增加大气模式的预测精度有重要意义。文中使用CALIPSO卫星CALIOP激光雷达L2（V3.01）气溶胶层与云层数据,与准同步AQUA卫星的AMSR-E海面风速数据,采用2007年和2008年的1月、4月、7月、10月共8个月的观测数据,研究波长为532 nm的气溶胶光学厚度（AOD）与海面风速间的关系及其随季节、年份的变化。结果显示,无云条件下,全球海洋上空AOD与风速存在关系：当风速在0-12 m/s时,AOD随风速增大而增加,当风速在4-12 m/s时,AOD与风速近似线性关系,当风速>14 m/s时,AOD趋于平稳。     

灰霾型气溶胶粒子偏振特性研究

基于VLIDORT矢量辐射传输模型,应用灰霾型气溶胶的物理参量,计算了不同条件下的灰霾气溶胶偏振辐射特性,并与常用气溶胶模式下计算的偏振辐射进行分析对比,得到了灰霾气溶胶条件下偏振辐射对于几何位置、气溶胶光学厚度、气溶胶复折射指数、单次反照率、地表参数的敏感性。对于利用偏振辐射实现灰霾气溶胶监测以及气溶胶复折射指数与光学厚度反演提供了理论依据。     

差分吸收激光雷达监测北京灰霾天臭氧时空分布特征

差分吸收激光雷达是测量对流层臭氧时空分布的有力工具,利用差分吸收激光雷达在灰霾条件下开展观测研究,分析了臭氧浓度时空分布特征。结果表明:在夏季副热带高压大气天气条件下,受偏南风气团输送的影响,6月中旬形成一次高浓度的臭氧污染过程。6月14日夜间至6月15日中午离地面1.5~2km高度的臭氧气团浓度(即体积分数)高达1.2×10-7以上,下午臭氧气团出现下沉,从而引起当日下午近地面臭氧浓度的升高。在灰霾天气过程中,细颗粒物与臭氧分布在不同高度上具有不同的关联特征,地面颗粒物充分参与了光化学反应过程,而高空高浓度的颗粒物和臭氧气体则与输送有关。晴朗天气下的臭氧浓度在整个空间尺度上都有不同程度的下降,并且没有出现明显的外部输入气团。     

复杂环境下激光雷达信号的模式识别研究

为了解决当前激光雷达信号出现错误识别结果概率高的难题,设计了一种复杂环境下激光雷达信号的模式识别技术。首先将激光雷达信号识别看作为是模式识别中的一个多分类问题,然后从信号提取分类特征,最后引入模式识别技术对激光雷达信号进行建模与识别,并在Matlab 2017平台上进行了激光雷达信号识别仿真实验,结果表明,激光雷达信号正确识别率超过92%,激光雷达信号识别的时间缩短为11. 87 ms,识别整体效果明显好于传统方法,具有十分广泛的应用前景。     

小型气溶胶激光雷达及其信号校准

介绍了一台直接探测的、用于大气气溶胶测量的小型激光雷达系统,阐述了其工作原 理和系统结构,较详细的讨论了该激光雷达的信号校准过程,尤其是几何重叠因子的确定。根据实验结果,反演了该激光雷达的几何重叠因子和最终的校准信号。