城市河网尺度的水体光谱指数适宜性分析研究

城市地表水是城市生态环境的重要组成部分,地表水环境高光谱遥感是高光谱遥感的重要应用方向,水体提取是地表水环境高光谱遥感的第一步,其主要任务是从高光谱遥感数据中提取地表水水体轮廓。基于光谱指数的水体提取方法充分利用光谱信息,计算简单,实现容易,提取效果优异。归一化植被指数(NDVI)、归一化水体指数(NDWI)、高光谱差异化水体指数(HDWI)和基于指数的水体指数(IWI)等光谱指数已经广泛应用于湖泊、大江大河等开阔水体提取。近些年来,随着成像光谱技术的发展,高光谱遥感数据的获取能力也突飞猛进,空间分辨率和光谱分辨率不断提高。与江河湖基本在流域内沿地形分布不同,城市地表水一般细小,纵横交错,形成河网。在高光谱遥感数据用于城市体表水提取时,其面临的图像空间分辨率、地物类型和地物复杂等,与江河湖水体提取有很大不同。因此,需要对这些常用的光谱指数在城市地表水提取中的适宜性进行评价。以此做为出发点和目标,以河网密布的江南水乡中国浙江省嘉兴市为研究对象,以应用型航空成像光谱仪(Airborne imaging spectrometer for applications, AISA)获取的高空间分辨率机载高光谱遥感数据为数据源,通过Youden指数确定最佳阈值,将总体分类精度、错分误差、漏分误差、Kappa系数作为衡量指标,分析评价了NDVI,NDWI,HDWI和IWI 4种光谱指数在城市河网提取中的适宜性。结果表明,阴影与水体光谱变化趋势类似,是造成水体提取过程中高错分误差的主要因素。四种指数都可以准确抑制落在植被中的阴影,但无法有效抑制落在建筑物中的阴影。HDWI虽然可以在一定程度上抑制建筑物中的阴影,但是无法有效地抑制亮建筑物背景。通过对不同类型水体和阴影（笼罩下地物）光谱的进一步分析,虽然水体和阴影光谱曲线变化趋势相似,均在560～600 nm附近存在波峰,但是水体和阴影波峰高度存在差异,水体波峰值较大而阴影波峰值较低。因此,通过充分挖掘水体和阴影在560～600 nm处光谱反射信息,有望进一步抑制建筑物阴影,提高城市河网水体提取精度。     

基于火星巡视器车载激光诱导击穿光谱仪系统设计米散射激光雷达可行性研究

火星大气气溶胶的地基探测对研究火星大气环境具有重要意义,为了能够在节约火星巡视器/着陆器体积、重量的条件下进行气溶胶探测,论证了基于巡视器车载激光诱导击穿光谱仪系统设计米散射激光雷达方案的可行性。所设计的米散射激光雷达系统使用巡视器车载激光诱导击穿光谱仪的既有硬件资源,加入分光元件和探测器模块,构成与激光诱导击穿光谱仪系统集成的米散射激光雷达,米散射激光雷达与激光诱导击穿光谱仪在火星地表分时工作,互不影响。为了论证所设计的米散射激光雷达的探测性能,对Phoenix火星探测任务中独立的米散射激光雷达得到的一组原始回波信号数据进行了处理,反演得到一组典型火星大气消光系数廓线,结合消光系数廓线与系统硬件参数计算了所设计的米散射激光雷达的回波信噪比,结果表明该系统在所用原始数据被记录的当日在火星大气边界层顶4 km高度处信噪比达到26 dB,在10 km高度附近下降到0 dB,说明基于火星巡视器车载激光诱导击穿光谱仪系统设计米散射激光雷达进行气溶胶探测具有现实可行性。对比Phoenix的独立米散射激光雷达设计方案,基于激光诱导击穿光谱仪的米散射激光雷达不但能够节省巡视器体积、重量,而且发射能量更高,回波接收方案更为简单,数据反演步骤更为简洁。     

光子计数激光雷达时间-数字转换系统

时间测量系统在激光雷达中主要用于激光脉冲飞行时间的测量,其性能直接影响着激光雷达的各项指标.基于FPGA设计了一种应用于光子计数激光雷达的时间-数字转换(Time-to-Digital Converter,TDC)系统,利用延迟线内插在FPGA内部实现了高精度的时间测量,通过实验分析,研究了TDC系统的性能及其应用于光子计数激光雷达后的效果.实验结果表明,TDC系统的时间分辨率达到29 ps,测时精度37 ps,能够实现9通道的高精度事件计时功能,用于光子计数激光雷达后,整个激光雷达系统的测时精度为421 ps,达到6.3 cm的距离测量精度,能够实现高精度高分辨率的激光三维成像.     

基于液晶光阀调制的赝热光源制备技术研究

高质量赝热光源的制备是强度关联成像技术中一个非常重要的内容。采用赝热光作为光源是因为一般的热光源相干时间极短,常用的探测器无法响应,且亮度低。利用激光照射旋转的毛玻璃形成的动态散斑作为赝热光源可以解决上述问题,是目前常用的一种方法。提出一种采用液晶光阀(LC-SLM)对激光束进行控制来获得赝热光场的方法。利用该装置产生的赝热光场不仅可以极大程度地模拟真实热光场的热涨落,且光场涨落服从真实热光场所具有的高斯统计分布,更重要的是该系统没有机械转动,光场的时间和空间相干性可以完全分开对待,产生的散斑场结果可以重复,并研究了应用该方法产生的动态散斑场的各种特性。     

星载激光测距系统点目标探测方程研究

激光测距系统的最大测程是其主要技术指标和进行系统设计时的主要依据,它随探测目标的性质而发生变化.本文推导并给出了激光测距系统对点目标的实用探测方程.分析了激光远场光束分布对探测能力的影响,并利用所得探测方程对某星载激光测距机的探测能力进行了评估.结果表明由于受到光束质量分布的影响,其探测能力在15.05~20.6 km之间变化.对结果进行了分析和讨论,在不改变系统参量的前提下,如果光束质量为平顶分布,则系统整体探测能力可提高至18.9 km.     

对地观测激光扫描成像探测效果研究

提出了动态激光扫描探测中的视场偏离问题和反映动态探测效果的动态重合系数的概念,详细分析并推导了动态重合系数与系统设计参数、工作参数之间的关系,以及对探测效果的影响,分析了若干典型情况,为设计实现探测效果良好的对地观测激光扫描成像系统提出了建议和设想.     

基于材料补偿的线性色散组合棱镜研究

作为传统的分光器件,棱镜的非线性色散缺陷限制了其在精密光谱仪器中的应用。从分析棱镜非线性色散产生的本质出发,建立了材料的色散模型,提出了一种线性色散组合棱镜设计方法。使用非线性系数T1和T2相近、线性系数V相异的两种材料,通过控制组合棱镜的参数和光线入射角可获得线性色散。最后通过建立线性色散组合棱镜的评价指标,对设计结果进行了科学、合理的评价,验证了设计理论的正确性。研究发现,组合棱镜能够有效改善棱镜的非线性色散缺陷,其改善程度依赖于两种材料的绝对非线性系数P。当P<0.01时,组合棱镜可获得线性色散,其色散曲线的非线性(Nonlinear, NL)优于5%。     

光子计数成像激光雷达时间间隔测量系统研究

光子计数成像激光雷达需要测量一个激光主波和与之对应的多个回波之间的时间间隔,并具有高精度.采用延迟线插入法时间间隔测量技术,研制了具有27ps分辨率的多脉冲时间间隔测量系统,介绍了系统的软硬件结构及工作流程,测试了精度和线性度等指标,实验结果表明系统精度达到80ps,线性度良好.     

基于视场分割方式的宽视场高光谱成像系统的辐射匹配技术

视场分割方案是实现宽视场高光谱成像的可行途径之一,成像系统除了空间上需要配准外,辐射亮度也需要匹配.本文主要分析宽视场高光谱成像仪的视场拼接技术的辐射匹配原理和匹配要素,简要介绍了实现途径,通过该途径,成功地实现了一种机载高光谱成像仪的视场拼接,给出了该宽视场高光谱成像仪的飞行试验结果,试验显示辐射匹配结果良好,通过光谱曲线的对比,精度在系统误差范围内.     

空间激光测高技术发展及展望

空间激光测高技术通过在天基平台搭载脉冲激光测距仪,实现行星表面形貌信息获取,是开展对地和深空探测的重要手段。系统梳理了空间激光测高技术的发展历史和现状,提出应向多波束观测、近海及岛礁水下地形探测、激光主动多光谱探测这三个方向发展,建议开展近红外波段单光子探测、超窄带光学滤波、多光子分辨探测、单光子数据星上预处理、高转换效率激光及非线性光频变换关键技术研究,促进我国空间激光测高技术的进一步发展。