FY-4A静止气象卫星红外高光谱大气探测仪GIIRS探测灵敏度分析

灵敏度是重要的遥感器辐射性能指标.本文将红外高光谱大气探测仪仪器噪声灵敏度概念拓展,定义了面向探测仪在轨应用的大气参数灵敏度和地表温度误差灵敏度,给出了相应的计算模型和相互关系.并将之应用于第一台静止气象卫星红外高光谱大气探测仪FY-4A GIIRS在轨应用探测灵敏度评估.根据探测仪测试数据和大气历史统计资料,得到了大...     

大气红外探测仪的探测器序列定位误差

大气红外探测仪AIRS的核心是一个光栅光谱仪序列,2378个红外探测器分装在17个探测器序列上,本文以实例说明了由于探测器序列在视轴方向有偏移,即空间错误定位误差给AIRS的观测值带来的影响及其光谱分布特征,以及观测值误差对后继红外晴空订正和大气廓线反演的影响.建议以后在设计同类仪器时要避免探测器序列错误定位问题,或选用干涉式分光系统.     

红外大气垂直探测通道优选方法的发展

总结了红外大气探测技术从滤光片式、光栅式到干涉式,从多光谱到高光谱的发展历程,阐述了探测通道优选的必要性。就国内外学者在大气垂直探测通道优选方面所做的工作进行了系统分析,包括基于信息熵的方法、基于权函数矩阵的方法和基于误差矢量的方法。从数学模型和物理含义角度分析了各方法的原理、特点及发挥的作用,比较了各方法的差异和优缺点。该研究可为红外大气垂直探测通道优选方法的合理选用提供支持,同时为红外大气垂直探测通道优选方法的进一步发展奠定基础。随着我国FY-4A静止气象卫星及FY-3D极轨气象卫星的发射,本文结果将为我国风云（FY）卫星红外高光谱大气垂直探测数据应用以及仪器的设计和发展提供支持,同时也为充分发挥我国风云（FY）气象卫星红外高光谱大气垂直探测技术的应用效益添砖加瓦。     

机载大气红外高分辨率光谱的信息量分析

机载红外高分辨率干涉光谱仪（HIS）是遥感大气信息的大气红外背景辐射测量装置。基于HIS红外高光谱大气数据,对大气温度和主要大气吸收气体进行了敏感性分析;并通过引入信息容量的概念,利用一维变分方法,对HIS测量装置遥感探测大气参数的能力进行评估,定量描述了HIS测量的红外光谱反演大气温度和水汽的信息容量、自由度和垂直分辨率等信息,其中温度、水汽的信息容量分别为49.5、25.2;自由度分别为10.5、5.6,温度的平均垂直分辨率为2.2 km,水汽的垂直分辨率为2 km;讨论了HIS的反演精度与仪器测量误差之间的关系,获取了大气温湿廓线的最小可探测精度。     

大气探测红外分光辐射计Ⅱ型模样

报道了大气探测红外分光辐射计Ⅱ型(ASIS-2)模样,它具有20个通道,可以从卫星探测大气温度廓线和水汽垂直分布.它与美国TIROS-N/NOAA气象卫星上的高分辨率红外辐射探测仪(HIRS)相比,在光学、电子学和机械等方面都作了改进.其仪器灵敏度优于HIRS-1仪器,而与HIRS-2接近.它具有可增加2个红外通道和多个可见光通道的潜力.     

中高层红外光谱大气遥感研究进展

中高层大气环境探测对理解全球中高层大气结构、化学和能量循环至关重要,在临近空间光电工程中亦有重要应用.开展中高层大气红外光谱辐射信号的探测研究有助于理解其内部的物理化学机理,据此反演该层结的大气参数是中高层大气红外遥感的重要研究内容.根据中高层大气环境特性,对基于火箭和卫星的中高层大气红外光谱遥感探测进行了综述,列举了一些重要探测任务的主要科学结果,为我国的中高层大气红外遥感探测提供参考。     

风云四号A星红外高光谱大气垂直探测仪观测资料质量评估

评估星载红外高光谱仪器观测资料的质量可以推进其在数值天气预报中的应用。使用2020 年 7 月 FY-4A 红外高光谱干涉式大气垂直探测仪 (Geostationary Interferometric Infrared Sounder, GIIRS)观测数据,分析GIIRS所有通道观测噪声随视场和纬度的变化、偏差 (观测亮温与辐射传输模式模拟亮温的差) 随时间、视场、纬度和天顶角的分布来评估 GIIRS 观测资料质量。研究结果表明:波段727.5~733.8 cm?1、1107.5~1130 cm?1和1650~1776.9 cm?1的观测噪声超出仪器灵敏度设计指标,且这些通道的偏差和偏差标准差明显大于其他通道;除了长波观测噪声大的通道外,其余通道噪声等效温差NEdT在32×4阵列上均呈“中间小,两边大”的特征,且NEdT的分布不随纬度带和FOR阵列而改变,在进行GIIRS资料同化或变分反演时,其观测误差只用考虑不同通道在32×4阵列内的NEdT分布;由于数值预报模式的地表温度在白天时值偏低,使得模拟辐射量偏低,造成偏差绝对值减小,使偏差有明显的日变化;中波通道偏差特征基本不随32×4面阵的列而改变,主要与阵列中的行有关,在中波通道进行偏差订正时可以针对32×4面阵中行开展,基本不需要纬度带和卫星天顶角的订正。     

红外高光谱遥感成像的技术发展与气体探测应用（特邀）

相对可见光和短波红外谱段来说,在红外谱段进行高光谱遥感成像具有独特优势,特别是在资源勘查、地表环境监测、大气环境监测、军事侦察方面。尽管当前红外高光谱成像仪主要以机载为主,还未实现星载,然而国内外相关机构从未放弃推进红外高光谱遥感的星载化。文中首先分析了国内外典型的红外高光谱成像仪的设计、实现与技术指标,从光谱分辨率、空间分辨率、辐射分辨率三个核心指标总结了现有红外高光谱成像仪的技术特点、存在问题和解决途径。未来很长的一段时间内,红外精细分光、低暗电流焦平面探测器、低温光学与背景抑制仍然是红外高光谱成像仪研制所要解决的核心问题。在此基础上,文中重点介绍了在远距离气体探测方面的应用,并分析了其独特优势。最后,展望了红外高光谱成像技术的发展方向。     

低轨红外探测卫星对大气层内高动态目标的探测能力研究

对大气背景进行了分析,并经计算得到了不同俯仰角下的大气辐射强度和大气透过率;通过分析大气层内高动态目标的辐射原理,给出了高温气体影响下的目标红外特性的计算模型,并给出了不同波段的目标红外辐射强度的计算结果;根据计算公式得到了信杂比和探测距离,并对其进行了分析,最后得出了探测能力有限的结论.     

红外高光谱成像的光谱聚焦

文中将光学系统中能量聚焦的概念引申至光谱维,提出在红外高光谱成像系统中通过信号处理获取感兴趣目标与其环境的光谱特征差异,结合调控目标函数得到光谱聚焦调控参数,进而控制成像系统中的可调谐部件自适应调谐到最有利于探测和识别的若干个光谱通道,实现光谱聚焦。文中提出了一种可实现光谱聚焦的系统构型,重点探讨了光谱聚焦的机制和实现途径,给出了关键分系统的技术方案。利用光谱聚焦可以实现光谱自适应探测,提高光谱成像信息利用效率,降低信息处理的资源需求,有助于提高系统的实时性和小型化,对于弹载、无人机载等高实时性、无人参与的应用具有十分重要意义。     

PHI高光谱图像的大气校正算法

从高光谱遥感图像中提取较为精确的定量信息,大气校正是必不可少的步骤.本文在应用大气辐射传输模型对高光谱遥感数据进行大气模拟的基础上,研究并发展基于遥感影像信息的经济、有效的大气辐射校正和反射率反演算法.该算法可以根据遥感图像有效地估计大气中气溶胶的空间分布,并分析交叉辐射的影响,进而对其进行大气辐射校正和反射率反演.通过对几景PH I高光谱遥感图像的校正试验,表明了这种算法的有效性.     

利用RTTOV7快速辐射传输模式模拟风云二号红外和水汽成像通道辐射率的研究

为使RTTOV7能模拟FY2B红外、水汽通道辐射率,综合GENLN2计算的6个卫星天顶角的600-3000 cm-1的精确大气透过率,以及这两个通道的光谱响应函数,采用多元线性回归方法计算出适当的透过率系数.利用新的透过率参数,以相同的大气廓线作输入参量,对FY2B和GMS5的模拟分析表明,RTTOV7能得到相似的模拟亮温.利用ECMWF预报廓线以及新的透过率参数模拟FY2B水汽和红外亮温与实际观测的误差对比分析表明该模式能在短时间内以较高的精度模拟该卫星通道的辐射观测.     

一种舰船红外特征的动态模拟方法研究

研究了舰船红外特征的实时动态模拟,在单个面元模型的基础上利用状态空间法的思想对面元进一步分层,建立了面元的多层传热模型,并采用面向对象方法的技术进行了编程,给出了较为简捷、计算精度较高的计算方法,模拟的舰船表面瞬时温度随时间的变化与实测结果一致,能满足实时动态模拟的需要．这对提高舰船的红外对抗能力和生存能力等都有重要意义,对舰船的红外隐身设计也有一定的指导意义.     

高光谱遥感考古探索研究

高光谱遥感与以往遥感技术相比,具有图谱合一的特征和从可见光到热红外的一系列波段,是一种综合性的遥感技术手段.文物遗存在地面的信息一般比较微弱,高光谱遥感具有识别微弱信息和定量探测的优势,但高光谱遥感目前在考古中却未得到有效的应用.本文以秦始皇陵区为研究区,较系统地阐述了高光谱遥感在考古中的创新应用研究,以及所取得的考古成果.表明高光谱遥感技术在考古中的应用有广阔的前景.     

丛林随机生成模型及其红外特征模拟

利用随机生成方法,建立了不同类型树木的单棵树木几何构形生成模型和由相同或不相同树木类型构成的丛林随机生成模型．根据丛林与环境间的能量交换关系,提出了丛林温度和红外特征模型,讨论了丛林温度分布及其红外特征的变化规律,计算给出了丛林模拟红外热像     

地下煤层燃烧的高光谱及高分辨率遥感监测方法

煤田自燃是人类面临的又一重大自然灾害.对地下煤层燃烧过去一直依靠钻孔进行监测,未有有效的监测方法.以内蒙古自治区古拉本矿火区为例,探索了利用高光谱及高分辨率遥感技术进行地下煤层燃烧监测的方法.采用中国科学院上海技术物理研究所研制的OMIS成像光谱仪,获取航空高光谱遥感图像,同时进行地面同步红外定标测温;根据地表特征地物辐射温度与热红外波段DN值的关系,进行图像信息处理、波谱特征分析,建立地面温度反演模型;通过高光谱图象辐射温度反演,结合野外地质调查、地面测试,实现火区燃烧强度定量分析和监测.整个过程可使用QUICKBIRD图像进行区域定位,查明煤田火区分布范围.研究结果表明,利用该方法能全面真实地监测地下煤层燃烧情况.     

基于高精度端元的混合像元线性分解模型研究

从理论上阐述了混合像元的产生机理和混合像元线性分解模型,研制了一套地面成像光谱实验系统,直接获取了高精度的端元光谱数据,通过像元合并的方式构造混合像元,针对不同丰度的非立体空间混合像元端元,分析了根据线性分解模型加权计算得到的光谱与实际混合光谱的误差,进而论证了线性分解模型的精度.     

天然地形的随机生成及其红外辐射特性研究

采用概率统计方法和分形技术两种随机生成方法构造方法构造了天然地形的模拟图像;运用传热原理建立也天然地形红外热图像计算模型,探讨复杂地形红外热图像的简化计算方法,并将计算结果附干随机生成的天然地形图像之上,生成了天然地形的红外模拟。     

自适应移动信道模型的研究和模拟

研究和模拟了建立一个自适应移动信道模型的全过程。根据所建模型的参数,用计算机软件实现方法产生出描述移动信道长突发错误特性的差错序列。并提出了一种门限电平法检验了所建模型的精确度。     

微测辐射热计的红外热响应模拟

利用有限元法对微桥结构的测辐射热计进行了二维热模拟.定量地分析了探测单元的大小尺寸、支撑层的厚度,支撑臂的长度和宽度、引线材料的选取等对微测辐射热计探测单元在红外辐射下温度的变化和热响应的快慢情况.评估了真空封装对微测辐射热计红外响应的影响.同时作为比较对平板空腔结构的红外探测器也进行了分析.