一种用于敏捷卫星自主任务规划的云顶高探测方法

高分辨率光学对地观测敏捷卫星自主任务规划需要对成像目标区域上空云层进行在轨提前探测,以修正成像时间窗,提高卫星使用效能。其中云高度是必不可少的信息,提出了一种用于敏捷卫星自主任务规划的云顶高探测方法。根据不同角度的遥感图像对之间云层以及地面匹配关系的差异,以地面为基准,求出图像间云层对地面的投影偏差,再利用几何关系,计算云层云顶高度。仿真模拟实验的结果表明本文算法探测云顶高与实际云顶高差距小于1 pixel,并且在图像间发生旋转、仿射等变换的情况下依然有稳健的表现。误差分析给出了算法相对误差随成像角度的变化趋势。多角度成像分光辐射度计图像处理结果表明该算法在实际应用中性能良好。     

地球静止轨道光综合孔径相机的能耗与(u,v)覆盖研究

围绕高分辨率对地观测实时成像需求,研究了地球静止轨道分布式卫星光综合孔径相机的能耗情况和空间频谱(u,v)覆盖情况.从静止轨道卫星动力学特性出发,分析了在天底对地观测和斜向对地观测两种情况下,维持分布式卫星编队飞行组成的光综合孔径阵列的收集器卫星的能耗情况,并给出仿真计算结果;从高质量成像需求出发,研究了实时成像情况下,对地面天底观测和对地面纬度为20°情况下的斜向观测两种情况下,不同时刻的(u,v)覆盖变化情况.研究方法和研究成果也可以扩展应用到其他天基轨道(如低轨道、深空探测轨道)的不同波段(如毫米波、微波)的综合孔径成像情况,对于发展中国空间对地观测高分辨率成像遥感等,具有重要的参考价值.     

基于变焦镜头的机载相机监控系统设计及试验

机载遥感监控系统因其灵活机动、可重复使用且风险小的优势,为专题化、智能化获取国土、资源、环境等遥感信息提供了有力的支持。为了满足大视场范围监控和小视场特定目标观测的需求,设计并实现了基于变焦镜头的机载相机监控系统,能够实现12倍的连续变焦,包括电动变焦控制、高速成像存储以及不同分辨率图像拼接等。在经过地面可靠性验证和总体功能完善后,完成了航空搭载飞行试验,获取了相对航高为3000m、约7GB的连续变焦的不同地面分辨率图像,利用四分法改进的SURF(Speeded-up robust featrues)拼接算法对不同地面分辨率图像进行连续拼接,能够得到大场景范围的良好拼接图像,并保持高分辨率图像的细节部分。     

利用QuickBird数据进行热红外遥感成像模拟的研究

针对基于机载热像仪图像或随机产生仿真场景的早期热红外成像模拟系统,提出了对高分辨率QuickBird图像进行星载热红外成像模拟的方法。基于高分辨率QuickBird图像,采用ISODATA法进行非监督分类,得到土地分类专题图,通过地物光谱数据库获得场景地物温度及发射率,从而可获得地面辐亮度图像;利用大气辐射传输软件MODTRAN对其进行大气修正,结合卫星遥感器辐射定标系数,最终可得到卫星遥感器输出图像。仿真结果表明,利用QuickBird进行热红外遥感成像模拟是一种全新而有益的尝试,对伪装效果检验等具有一定的参考价值。     

一种星敏感器/陀螺地面高精度组合定姿与精度验证方法

卫星姿态精度是制约高分辨率光学影像几何定位精度的一个重要因素,针对当前卫星姿态数据处理精度不高且难以验证的问题,提出一种基于双向滤波整体加权平滑的高精度卫星姿态数据地面处理算法,实现了卫星姿态数据地面精细化处理,进一步采用几何定标场的数字正射影像图/数字高程模型数据进行精度验证。以2014年11月发射的遥感-24号高分辨率光学卫星为例,分析结果表明,本文设计的姿态数据处理模型是稳健可靠的,姿态数据相对精度可以达到0.8″,且基于地面处理姿态数据得到的全色相机无控制点条件下影像几何纠正精度可以达到15m。     

傅里叶望远镜外场实验与结果分析

为了分析外场环境因素对傅里叶望远镜成像质量的影响和验证成像过程不受下行链路大气扰动影响的特点,开展了傅里叶望远镜外场实验研究.外场实验在室内实验的发射光学系统的基础上增加了主镜、次镜和会聚透镜组对目标散射光进行3次会聚仿真实际系统的成像过程,同时将目标与主镜、主镜与次镜分别拉开100 m距离验证成像系统不受下行链路大气扰动影响的特点.实验利用胶片打印的2种不同的卫星图片作为目标,获得了Strehl值分别为0.44、0.39的无大气扰动的外场重构图像和Strehl值分别为0.43、0.38的含大气扰动的外场重构图像.通过比较外场重构图像与室内重构图像的Strehl值,得出发射光学系统中光束的振动对成像有较大影响.分析发现无大气扰动外场重构图像与含大气扰动外场重构图像的Strehl值相近,从而验证傅里叶望远镜成像过程不受下行链路大气扰动的影响.     

一种改进的微光夜视系统视距探测方程

视距是评估微光夜视成像系统性能的一个重要参数。随着微光夜视探测技术的发展,经典视距模型的视距仿真结果与实测结果出现了一些偏差,特别是在10-3 lx低照度条件下视距仿真结果不甚理想,这对微光夜视仪在实际应用中造成了很大的阻碍。针对这一问题,从微光成像系统成像链路的三个环节对经典视距模型进行修正：考虑大气透过率对微光夜视系统视距的影响并对经典视距模型中的大气透过率因子进行修正;基于像增强器噪声因子对视距模型进行修正;考虑人眼视觉传递特性对微光夜视系统视距的影响,在系统的传递函数模型中加入了简化的人眼视觉模型。进而推导出改进的视距模型。结合野外试验数据,验证了改进视距模型的有效性和实用性,这对于微光夜视系统的设计、评估和应用具有一定的指导性意义。     

成像光谱仪星上定标技术

成像光谱仪是同时获取地物图像和光谱信息的新一代光学遥感仪器。星上定标是成像光谱仪光谱图像数据定量化应用的基础。本文阐述了成像光谱仪星上定标的原理,按照星上定标采用的参考标准对星上定标技术进行了分类,详细介绍了星上辐射定标和光谱定标技术,并展望了成像光谱仪未来发展趋势。绝对辐射定标已经成为成像光谱仪星上定标的基本要求,太阳将逐步代替星上标准灯成为绝对辐射标准。基于不同参考标准的定标方法的综合应用将使星上定标精度和可靠性大大提高。随着定标精度的进一步提高,地面光谱定标装置将逐步空间化,基于探测器的星上辐射定标系统也将逐步得到应用。     

空间目标天基光学观测的序列图像仿真方法

利用STK和OpenGL,提出了一种能体现空间目标天基光学观测系统真实成像距离和系统性能的序列图像仿真方法。首先建立空间目标的三维模型和轨道模型,利用STK预测目标卫星和观测卫星的相对几何关系,然后在分析相机针孔成像和OpenGL透视投影成像模型关系的基础上,通过设置OpenGL的有关参数生成了包含目标和成像系统信息在内的目标仿真图像,最后生成运动空间目标近距离光学观测的二维图像序列,可为天基空间目标识别研究提供数据基础。     

MAP序列多帧图像超分辨率复原

序列多帧图像的超分辨率复原是由一序列低分辨率图像来估计一幅高分辨率图像的技术。介绍了序列图像的成像观测模型,给出了一种随机微扫描亚像素运动估计的方法,采用最大后验概率法进行了图像的超分辨率复原,对仿真结果进行了分析和比较。     

基于反射点源的高分辨率光学卫星传感器在轨调制传递函数检测

调制传递函数(MTF)可用来评估高分辨率光学卫星传感器像质,在轨MTF检测对于高分辨率卫星遥感数据的应用和未来卫星遥感器的发展具有重要意义。提出一种基于反射点源的直接检测方法,利用遥感影像数据计算得到成像系统的点扩展函数(PSF),进而获取系统的MTF值。根据成像关系和点光源图像数据,并利用非线性方程优化求解的方式得到被测光学卫星传感器成像系统的一维线扩展函数值,进而验证了可近似用高斯模型来表征高分辨率光学卫星传感器的PSF。实验结果表明,基于反射点源的光学卫星传感器在轨MTF检测结果与基于刃边靶标的在轨MTF检测结果的差异小于5%,能够实现高分辨率光学卫星传感器的在轨MTF检测。     

基于敦煌辐射校正场的自动化辐射定标方法

提出了基于自动化多通道光谱辐射计(ATR)、6SV辐射传输模型、敦煌场地历史高光谱反射率模型、中分辨率成像光谱仪(MODIS)的双向反射分布函数(BRDF)的自动化辐射定标方法。当天气状况和卫星观测几何参数满足条件时,所提方法可对遥感器进行连续辐射定标。2015年8月至2016年3月在敦煌辐射校正场进行了实验,共获取17天的有效观测数据。以"水"卫星的中分辨率成像光谱仪(AQUA/MODIS)为辐射基准,验证了所提方法的精度和定标频次。结果表明平均10~15天能够对卫星遥感器进行一次辐射定标。与AQUA/MODIS各通道观测数据相比,利用所提方法得到的大气顶反射率的相对偏差均小于5%,平均相对偏差小于2%,标准差小于2%。     

基于敦煌辐射校正场的自动化辐射定标方法EI北大核心CSCD

提出了基于自动化多通道光谱辐射计(ATR)、6SV辐射传输模型、敦煌场地历史高光谱反射率模型、中分辨率成像光谱仪(MODIS)的双向反射分布函数(BRDF)的自动化辐射定标方法。当天气状况和卫星观测几何参数满足条件时,所提方法可对遥感器进行连续辐射定标。2015年8月至2016年3月在敦煌辐射校正场进行了实验,共获取17天的有效观测数据。以"水"卫星的中分辨率成像光谱仪(AQUA/MODIS)为辐射基准,验证了所提方法的精度和定标频次。结果表明平均10~15天能够对卫星遥感器进行一次辐射定标。与AQUA/MODIS各通道观测数据相比,利用所提方法得到的大气顶反射率的相对偏差均小于5%,平均相对偏差小于2%,标准差小于2%。     

红外凝视传感器定量仿真及模型验证

针对新一代红外凝视成像传感器,依据红外辐射能量传递和转换的物理过程,完成了对传感器各组成单元的物理效应建模.不同于以往成像模型的定性仿真,该模型实现了对系统各模块成像特性的定量描述,综合考虑了传感器的信号传递特性、空间传递特性、空间采样特性和时空噪音特性,构建了较为完善的高仿真度红外成像仿真模型.为验证仿真模型的有效性,搭建了有效性实验验证平台,获取了真实热像仪的性能曲线和输出图像.通过计算和比较仿真模型和真实热像仪性能曲线和输出图像相似程度,定量化评价了模型的仿真度,验证了仿真模型的有效性.     

基于B样条插值算法的亚像元技术的研究

亚像元动态成像技术是目前实现卫星相机小型化及提高相机空间分辨率的一种有效方法。在不改变TDICCD相机的焦距、成像距离,以及TDI CCD器件的像元尺寸的前提下,亚像元动态成像技术可以提高相机的空间分辨率。利用B样条插值算法,研究了TDI CCD相机的图像的亚像元动态插值问题,由两幅相机输出的原始图像经过算法得到比原图像分辨率高的图像,并对比了该算法与其它几种算法的效果,分析结果表明,该算法较其它算法得到的高分辨率图像的效果更佳。     

基于宽动态地面目标的高分二号卫星在轨定标与评价

为检测高分二号(GF-2)卫星发射前后辐射性能变化,获取可靠的GF-2卫星遥感器在轨定标系数,提出了基于宽动态地面目标的场地定标方法。以敦煌戈壁场为基础,重新选建涵盖高、中、低多级反射特性的定标场,并借助反射率基法和地面观测试验,实现了GF-2卫星首次在轨辐射定标。以发射前实验室定标结果为参考,讨论GF-2卫星定标系数变化及影响因素。结果表明:1)GF-2卫星发射前后系统自身偏移量均接近于零,且相对稳定;而辐射响应特性发生了一定变化;2)采用多场地定标获取的在轨定标系数能更好表征GF-2卫星在轨辐射特性,该定标系数可作为后续定量产品反演和系统性能评估的基础。     

基于强度图像和地物偏振反射率数据的光学遥感偏振成像仿真分析

为获得满足偏振成像探测器的研制所需的偏振成像样本,并解决现有偏振遥感仿真分析中普遍缺乏实测数据支持的问题,提出了一种基于强度图像和实测地物偏振反射率数据的偏振成像仿真方法,介绍了其实现过程,并且得到了不同大气几何条件下的卫星高度偏振仿真图像。通过与强度仿真图像定量的对比表明,偏振成像对比度受大气能见度的影响较弱,在低能见度及后向散射条件下或者某些特定方向上优势更为突出。偏振成像的清晰度对观测方向较为敏感这一属性可以指导选择特定的方向进行偏振探测,并最终提升雾霾条件下偏振成像对地遥感的目标识别能力。     

内陆河道表层水体反射光谱的走航观测研究

现场水体光谱观测是水体光学性质、水色遥感反演建模等研究不可或缺的基础性工作之一。常规的倾斜观测方法受其较为严格的观测几何条件限制, 需要依据船体位置、太阳方位等不断调整观测角度,特别是针对河道水体光谱观测时,还须考虑河道走向、岸线遮蔽物等情况,因此,只能设置若干站点进行离散样点的观测,难以在岸线环境较为复杂的河道水体开展连续走航快速观测。而现场水体光谱连续走航快速观测能够获取不同地方时的大样本水体反射光谱,丰富对水体二向反射特征的认识,并建立更精确的反演模型,在水色遥感研究中具有极其重要的作用。鉴于此,设计了一种基于垂直观测几何方式的内陆河道表层水体反射光谱连续走航快速观测方法,并通过时空匹配技术获取整个河道的全波长遥感反射率数据。在杭州西小江部分河段的试验表明,该方法获取的遥感反射率与同步实测的叶绿素浓度、浊度等水色组分的相关性较强,选取的特征波段获得的确定系数R2均大于0.855。Sentinel-2的观测天顶角接近于0,近乎于垂直观测。该研究使用Sentinel-2B的光谱响应函数对实测光谱进行等效光谱模拟,转换为相应波段的等效遥感反射率,反演结果与基于Sen2Cor的大气校正后的遥感反射率数据进行建模,分析结果表明,基于Sen2Cor的大气校正后的遥感反射率数据存在高估现象,同时又用Sentinel-2B的大气表观反射率反推辐射亮度,然后用FLAASH大气校正获取Sentinel-2B的遥感反射率数据,经与实测等效遥感反射率建模分析发现,基于FLAASH的大气校正后的遥感反射率数据在小于0.02 sr-1时也存在高估现象,在大于0.02 sr-1时则存在明显低估现象。研究表明,用该方法所获取的大样本实测遥感反射率数据具有对卫星反射率产品进行真实性验证的应用潜力。     

基于超分辨率重建的图像增强算法研究

 为了提高图像分辨率,从软件的角度出发,对低分辨率图像序列重建高分辨率图像的原理和算法实现开展了研究,提出从多个低分辨率图像序列中获取更高分辨率图像的方法。通过采用基于光流场的金字塔分层结构实现由粗到精的图像配准,获取了亚像素的运动估计。在采用多帧低分辨率图像进行亚像素级配准后,提出采用动态自适应确定正则化参数的方法,构造了简单的正则化代价函数,建立了低分辨率图像与高分辨率图像之间关系的重建模型,仿真实验结果表明该超分辨率重建算法水平和垂直方向上分辨率各增加一倍,与其他算法相比清晰度更高,计算时间不到传统POCS算法的一半。     

星对星激光雷达反射层析成像技术探讨

以星对星激光雷达成像为应用背景,提出了一种基于啁啾脉冲信号的反射层析成像处理方法,该方法通过激光雷达多角度回波非相干累积实现高分辨率的图像重构;分析了星对星反射层析成像的实现条件,包括成像分辨率、工作模式及成像时间.研究结果表明,采用本文所提出的成像方法,通过同轨道面的伴星探测方式可以满足激光雷达反射层析成像多角度探测的要求,在观测角度范围大于60°时能够得到0.1 m目标分辨率,角度范围越大,分辨率越高,且成像时间与卫星轨道半径和两星距离有关.实验验证了该方法的有效性和星对星反射层析成像的可行性.