大气光学遥感监测技术现状与发展趋势

针对开展环境空气中的痕量污染气体监测研究的需求,综述了目前应用较广的光谱遥感监测技术。阐述了利用光学遥感技术监测大气环境的工作原理,详细介绍了几种主流的大气监测技术,包括傅里叶变换红外光谱技术,差分吸收光谱技术,激光长程吸收技术,可调谐激光二极管吸收光谱技术,差分吸收激光雷达技术,指出了上述监测方法的特点并对它们的优缺点进行了分析与比较。     

美国国防支援计划预警卫星红外有效载荷的光学仿真

为准确估计美国国防支援计划(DSP)预警卫星的性能参数,在对DSP卫星红外有效载荷技术分析的基础上,对其光学结构和参数进行分析和仿真,得到视场、弥散斑半径、能量集中度、传递函数等关键特性,可为DSP卫星和后续天基红外预警卫星(SBIRS)的探测性能开展有效仿真提供有效支撑。     

光学遥感卫星飞轮微振动仿真和地面实验研究

为了对光学遥感卫星中飞轮微振动带来的成像像移进行精确预估,研究了飞轮微振动对成像影响的相关机理,建立了理论分析模型,搭建了高仿真度实验测量平台.研究微振动对成像影响机理,构建从飞轮扰振特性到成像像移之间的传递函数表达式,理论证明了谐波特性和模态特性是飞轮微振动对成像像移影响的两大重要特性.搭建高仿真度的实验平台对微振动影响下的图像像移进行精确测量.对比理论模型分析所得像移和实验测量数据,分析两者结果不一致产生的原因.结果表明:理论与测量的像移结果中谐波特性非常一致,两者具有几乎一致的典型的谐波因子;模态特性在低频段具有较高一致性,中低频段误差在8%以内.     

基于被动遥感卫星可见至红外通道观测的云特性遥感

云是地球辐射收支、水循环和生物化学循环的主要调节者。自1960年人类第一颗气象卫星(TIROS)的发射起,被动卫星遥感已经发展成为获取云观测资料最高效的手段之一。被动卫星具有观测范围大、时间跨度久的特点,其中利用可见至红外波段(0.40～15μm)的遥感成像仪相对高光谱成像仪、微波成像仪具有时空分辨率更高的观测优势。首先,针对极轨卫星多光谱成像仪、多角度偏振成像仪和新一代静止卫星成像仪三类载荷概述了被动卫星基于可见至红外波段的观测特点。然后,介绍了包括云检测、云相态、云顶参数、云光学和微物理参数的观测原理和应用方法。最后,通过总结和展望为被动卫星可见至红外资料的云特性遥感研究提供一些思考。     

一种光学遥感卫星多相机成像系统的高精度影像拼接方法EI北大核心CSCD

提出一种基于虚拟大相机的光学遥感卫星多相机系统成像数据的拼接方法,实现多相机影像的高精度拼接。该方法根据各单相机的几何成像模型,构建虚拟大相机的几何成像模型;利用坐标正算、反算过程对各单相机影像进行间接法几何纠正,得到虚拟大相机图像坐标系下的各虚拟单相机影像;将各虚拟单相机影像基于影像坐标信息拼接处理后得到最终的虚拟大相机影像。该方法利用虚拟大相机实现多相机影像的高质量拼接,为后期处理提供了与之相对应的高精度有理函数模型,可用于不同数量、不同分辨率的多相机系统实现全自动智能地面预处理。     

面向光学遥感卫星星上定位精度优化的轻量化矢量控制库技术

针对当前光学智能遥感卫星有限存储能力对全球控制信息的轻量化需求,提出一种面向光学遥感卫星星上定位精度优化的轻量化矢量控制库技术。首先,在地面提取完整道路网,通过道路细化、节点提取以及拓扑关系构建等处理,生成星上轻量化矢量控制库并上注卫星;其次,星上在轨提取道路结构,并利用随机游走避免道路缺失的影响,生成随机游走矢量结构;然后,引入隐马尔科夫模型,搜索对应矢量,并设计分层匹配策略以精化匹配结果,实现星上轻量化矢量控制库与随机游走矢量结构的匹配;最后,利用不同类型卫星影像进行随机游走矢量结构提取、星上矢量匹配以及定位性能分析。结果表明,所提光学遥感卫星的星上轻量化矢量控制库能够有效改善非量测光学遥感卫星定位精度,验证了其在光学智能遥感卫星中的可行性。     

水色遥感与水色卫星

 2002年5月15日上午,我国第一颗海洋探测卫星“海洋一号”(同时发射的还有“风云一号D”气象卫星)顺利发射升空,结束了我国没有海洋卫星的历史。那么我国究竟为什么要发展海洋卫星?海洋卫星能够发挥哪些作用和功能呢?     

长春光机所航天光学遥感器研制基地建设进展

通过20多年的努力, 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所(以下简称长春光机所)现已成为我国航天光学遥感器研制领域的重要基地。本文在回顾其发展历史的基础上, 详实地介绍了近10年来长春光机所在这一领域取得的技术进步, 涵盖了航天光学遥感器研究、设计、制造、装调、检测、试验等各个方面。     

淮北地区大气污染的光学遥感监测与预报

在淮北地区建立差分吸收光谱遥感系统,监测淮北地区主要大气污染气体,监测时间从2011年8月7日至8月28日. 结果表明污染物排放达到国家标准. 并以臭氧为例建立污染气体浓度变化趋势跟踪预测模型.     

臭氧卫星遥感反演进展及挑战

臭氧是大气中重要的痕量气体,可影响对流层与平流层大气状态和过程。约90%的臭氧集中在平流层,可吸收下行紫外太阳辐射,保护地球生命系统;约10%的臭氧位于对流层,其空间分布多受局地生成和跨区域输送的影响。目前,臭氧已逐渐成为我国甚至全球首要污染物,臭氧污染防治也相应地成为我国未来大气污染防治的重点。本文回顾了卫星遥感臭氧的发展进程,包括臭氧卫星探测传感器、反演算法和应用进展,并着重分析了臭氧污染相关内容,包括臭氧污染时空特征分析、典型污染事件分析、臭氧污染与气象条件相互作用等。多种卫星探测载荷的仪器设计和反演技术的不断发展,使得卫星遥感臭氧反演和监测应用成为可能。卫星可通过紫外谱段和红外谱段而获取臭氧整层信息和垂直分布信息,目前臭氧柱总量监测精度较高,但对流层下层和近地面臭氧浓度反演精度还有待提高。根据现阶段的技术水平,可采用多种技术方法相结合来提升中低层臭氧的探测能力。臭氧污染的监管和防控需要摸清来源,准确评估污染的成因,可从前体物排放、化学转化、气象影响、三维传输等方面逐步进行解析。此外,氮氧化物(NO_x)和挥发性有机物(VOC_s)的协同减...     

空间紫外光学遥感技术与发展趋势

空间紫外光学遥感技术是除可见、近红外、热红外和微波遥感以外的一个具有突出优势的遥感领域,全球气候变化研究是目前国际上空间紫外-真空紫外光学遥感的热点课题。本文对空间紫外光学遥感的作用、国内外研究现状及发展趋势进行了综述和分析。介绍了一组紫外光学遥感仪器的功能和特点,给出了它们的主要性能参数;指出我国目前的工作重点是推进星载紫外光谱遥感仪器的应用、积累空间探测数据、建立反演算法等;而未来发展目标将是研制集天底、临边和掩星成像探测于一体的新一代紫外成像探测仪器,高精度观测全天候的整层大气密度和臭氧的三维分布,实时监测大气组分及化学成分（如O₂、N₂、NO、OH和O₃）的变化及变化趋势,以及进一步拓展我国紫外光学遥感仪器的应用领域。     

空间相机光学窗口热光学性能的仿真分析

 空间相机光学窗口与周围环境进行热交换,导致窗口的温度发生不均匀变化,包括整体温度水平的变化以及产生径向温差、周向温差和轴向温差。这些温度梯度将影响相机的光学系统质量。针对某相机光学窗口温度分布不均匀的特点,提出利用非顺序光路建立复杂光瞳的方法对光学窗口进行分区,在各子区域上建立温度的径向分布特征,然后将各子区域的变化再统一到整个元件中,进而评判对整个系统的影响。结果表明,新方法合理可行,温度周向不均匀分布会降低光学系统质量,并且不能完全通过离焦来补偿。     

航空遥感相机光学系统设计

地球静止轨道区域凝视成像监视的目的就是为了及时发现和生成地面目标特征和参数，光学成像遥感技术是现代对地观测的一个重要手段。通常长焦距、大视场遥感系统的光学系统设计是通过提高光学成像遥感器的质量、加长焦距、提高记录介质的分辨力、提高系统的传递函数等措施提高其性能的。介绍焦距为36m，视场角达到0.75°的三反射式光学系统的设计过程，给出了设计结果。该系统实现了范围为90km×90km的瞬时对地扫描，摆动后能够对地面900km×450km区域实现凝视成像。     

Spaceborne laser filamentation for atmospheric remote sensing

A proof‐of‐concept of space‐borne laser filamentation for atmospheric remote sensing is presented. The remote generation of laser filaments from an Earth‐orbiting satellite is shown by numerical simulations to be theoretically possible for a large range of laser parameters. The model includes a realistic representation of the stratified atmosphere and accounts for multi‐species ionization and the dependence of air density upon the molecule type and altitude profile. The remote generation of a white light continuum extending from 350 nm to 1.1 μm within the filament is demonstrated, and hereby proposed as an atmospheric in‐situ light source for monitoring greenhouse gases and pollutants on a global scale by light detection and ranging (lidar) techniques. Scaling laws are also derived for estimating the filament altitude as a function of peak pulse power (3 GW‐3 TW), beam radii (10‐200 cm) and for three different curvatures (300, 390, 500 km) for femtosecond infrared (800 nm) pulses. We find that operating conditions for remote supercontinuum generation are already available with current ground‐based mobile laser technology and within reach of future space laser systems.

     

基于改进Otsu法的遥感图像油罐目标分割研究

为了对可见光遥感图像中油罐目标进行快速分割,在前人工作的基础上提出了一种快速的方法。对可见光遥感图像灰度值分布特点进行分析,用数组对满足先验知识的像素进行统计,使图像中缺失的灰度值不再参加计算,大大减少了冗余计算。以类间方差函数的代替函数(二者在同一位置取得最大值)进行分段处理,提高了运算速度。实验证明,这种方法可以应用到可见光遥感图像油罐目标的分割中,且分割效果优于Otsu法,实验所用图像的处理速度是前人改进方法的5倍以上。     

太赫兹大气遥感技术

由于其独特的大气敏感特性,太赫兹波在大气遥感领域起着越来越重要的作用。国际上太赫兹大气遥感技术发展方兴未艾。2004年,美国NASA发射AURA卫星,探测仪器中包括了具有两种极化的2.5 THz辐射计;2007年,欧空局ESA研制了Marschals外差式光谱仪,采用临边探测方式探测气体成分在亚毫米波段热辐射的高光谱。我国在轨气象卫星风云三号已经具备毫米波段辐射计,风云四号卫星是世界上首颗搭载太赫兹遥感仪的地球静止轨道气象卫星。针对我国大气遥感的现状,在概述国内外太赫兹遥感应用和技术的基础上,提出发展自主知识产权的大气遥感技术的思路;大力发展自主知识产权的太赫兹关键器件、太赫兹探测仪系统集成,研究太赫兹大气探测的新原理和反演新方法,整体提升我国在大气遥感领域的技术水平。     

大气湍流对遥感系统分辨力的影响

以平面波为例,分别针对较弱和较强的湍流模型,通过计算到达角起伏讨论了高空光学遥感系统由大气湍流引起的地面图像分辨力问题。结果表明,对于给定的遥感系统口径和高度,较强湍流引起的图像分辨力的1cm左右;而较强湍流引起的图像分辨力则可达10cm量级。对于自身的地面分辨力具有m的量级的传统光学遥感系统,上述影响并不明显。对于现代高辨力光学遥感系统,这种影响便不容忽略,特别是对较强的湍流,往往需要用自适应光学等方法加以补偿。     

分立式与分布式光纤传感关键技术研究进展

光纤传感技术已广泛应用于航空航天、石油化工、电子电力、土木工程、生物医药等领域,其技术形式主要体现为分立式和分布式.分立式光纤传感技术利用光纤敏感器件作为传感器来感知被测参量的变化,光纤作为光信号的传输通道连接光纤传感器及后端的解调装置;分布式光纤传感系统基于光纤瑞利散射、拉曼散射或布里渊散射等光学效应,利用光纤本身作为传感器,可对沿途的光信号进行大范围、长距离传感.本文介绍了分立式与分布式光纤传感中主要关键技术的研究进展,并对未来的研究和发展方向进行了探讨.     

静止卫星遥感图像海岸线检测

静止卫星采用遥感图像中的地标进行自动导航,海岸线的检测是图像导航的重要一步。将检测结果与全球标准模板库中相应区域的海岸线匹配,依据获得的偏移量调整卫星姿态。根据静止卫星图像导航过程的特点,提出了一种适用于静止卫星红外通道的海陆分界线检测方法,进行云检测并依据地标模板库初始化后,采用C-V模型推动曲线进行演化。实验结果表明,此方法针对静止卫星红外通道的特征,不仅具有计算量小、精度高的特点,而且具有较好的稳定性和普适性。