科技成果

正中科院研发出瞬时估算PM2.5浓度的新方法据《北京日报》2016年1月12日报道,中科院遥感与数字地球研究所研发团队提出了一种PM2.5浓度遥感瞬时估算新方法,能在高污染状况下实现快速、实时、区域覆盖的PM2.5卫星监测。研究人员基于遥感方法和技术,研究了基于气溶胶光学厚度、细模态比、气溶胶层高、空气相对湿度等遥感参数的PM2.5遥感(简称PMRS)方法,可不依     

基于深度学习的日间逐小时地表PM2.5浓度反演

以长三角地区作为研究区域,提出了使用深度学习算法来实现主被动遥感数据结合反演地表PM2.5浓度的方法。基于MPL观测数据,使用雾霾层高度(HLH)替换了边界层高度(BLH)特征,对已有的基于气溶胶光学厚度(AOD)结合大气BLH来反演PM2.5浓度的算法进行了改进。为提高数据覆盖率,对研究区域内的MAIAC AOD进行了填补与评估。利用多种机器学习算法实现了日间逐小时的PM2.5浓度估算,模型验证相关性最高可达0.87。该方法能够为观测气候变化、应对大气污染提供有效帮助。     

敏捷遥感卫星新型姿态控制精度评估方法

针对新型敏捷遥感卫星地面测试缺乏验证手段问题,文章提出一种针对敏捷机动成像过程的新型姿态控制精度评估方法,通过设计星地模型算法,根据卫星的定轨数据和高精度姿态数据计算,可得到星载相机成像点在地固坐标系(ECF)的坐标,并引入地表高程数据以提高计算精度,进行成像点位置精度评估,即姿态指向精度评估;通过计算地表镜下点运动速度等衍生参数,进行载荷成像质量评估。与同条件下地面任务规划数据比对,算法精度误差在10米量级,远小于卫星姿态指向误差导致的成像位置偏离,满足地面分析验证精度需求。该套算法已应用于遥感公用平台、某卫星姿态敏捷机动技术地面验证工作。     

星载“偏振交火”传感器设计及初步在轨应用

针对近地表细颗粒物含量的卫星遥感精度问题，系统提出了“偏振交火”的卫星遥感策略和模型，开发了高精度偏振扫描仪(POSP)和多角度偏振成像仪(DPC)双偏振载荷套件，装载在大气环境监测卫星上并成功发射。本文在介绍“偏振交火”原理的基础上，系统论述了载荷工程的实现方法和在轨应用方法，初步展示和评估了在轨应用效果。在轨初步应用结果显示:双偏振载荷间能够实现稳定交火工作，视场匹配精度优于0.077 POSP像元;基于L1级数据初步开展了双偏振载荷间的辐射和偏振交叉定标/验证，共有波段拟合优度(R²)分别达到0.999和0.993;基于“偏振交火”载荷观测数据融合反演的近地表PM2.5与地基网络监测结果的相关性为0.684，偏差落在期望误差(EE)范围内的比例为88.36%。初步在轨结果达到了预期应用目标，显示了“偏振交火”方案在气溶胶污染监测方面的应用潜力。     

提高光学遥感卫星图像几何精度总体设计分析

针对如何提高我国光学遥感卫星图像几何定位精度问题,从影响几何成像质量的关键要素——内外方位元素出发,介绍地面几何处理方法,并基于多颗卫星研制、地面量测试验及在轨验证情况,对高分辨率光学遥感卫星和多线阵观测卫星的几何精度的星-地全链路影响误差项进行对比分析,通过理论分析找出了约束我国高分辨率遥感卫星几何精度的关键问题,最后探讨了如何通过星上设计配合地面处理提高高分辨率遥感卫星的几何精度。     

星载二氧化碳探测研究进展

二氧化碳(CO2)是大气中最典型的温室气体，大气中CO2浓度持续增加是全球气温升高的主要原因。温度升高导致自然环境恶劣，各类自然灾害频发，极端天气数量增加，对人类生活环境造成巨大的影响，因此推动绿色低碳发展势在必行。准确监测CO2的排放，了解CO2源和汇的分布，是遏制大气CO2浓度升高、减缓全球变暖的前提条件。因此，准确获取全球范围内高精度时空分辨率的CO2观测数据十分必要。卫星遥感可以有效观测CO2的全球分布，获取大范围高精度数据。本文旨在对目前用于大气CO2探测的卫星载荷发展状况进行综述，包括基于被动遥感CO2的卫星现状和数据产品、基于主动遥感CO2的卫星的研制情况和目前的主要工作进展。     

基于TDRSS的低轨卫星定轨方法研究

利用跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）组成天基测控系统对低轨卫星进行轨道确定，并讨论了低轨卫星在TDRSS系统覆盖区域的时间段，以改进的Gauss-Newton算法为基础，设计了非线性迭代的微分轨道改进算法，有效抑制了算法截断误差。仿真实验证明基于TDRSS的测控技术可显著提高测控覆盖率，减少地面测控站压力，有效确定低轨卫星轨道，定轨位置误差小于20m，速度误差小于0．01m／s，能满足一般低轨卫星的定轨精度要求。     

基于TDRSS的低轨卫星定轨方法研究

利用跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)组成天基测控系统对低轨卫星进行轨道确定,并讨论了低轨卫星在TDRSS系统覆盖区域的时间段,以改进的Gauss-Newton算法为基础,设计了非线性迭代的微分轨道改进算法,有效抑制了算法截断误差.仿真实验证明基于TDRSS的测控技术可显著提高测控覆盖率,减少地面测控站压力,有效确定低轨卫星轨道,定轨位置误差小于20 m,速度误差小于0.01 m/s,能满足一般低轨卫星的定轨精度要求.     

民用遥感卫星载荷在轨辐射定标与定量应用

文章总结了中国民用卫星载荷特点和现有定标技术概况,确立了适合中国遥感卫星光学载荷特点的在轨场地定标算法流程,并成功应用于民用遥感卫星的辐射性能在轨检校分析;以民用遥感卫星数据为基础,研究典型的陆地特征参量地表反射率和地表温度反演算法,并基于初级产品开展必要的应用示范研究。结果表明:文章规定的定标方法可准确检校卫星载荷在轨辐射性能变化情况,获取的定标系数精度满足后续定量应用的需要,基于中国遥感数据的应用示范效果良好。     

星地协同光学遥感影像目标识别技术验证研究

为了提高光学遥感卫星信息处理的时效性,文章提出了星地协同光学遥感影像在轨目标智能识别技术框架。将基于遥感大数据的深度学习、神经网络模型训练等数据量大、运算量大、计算复杂、要求较高的处理任务部署在地面服务器,将深度学习训练得到的模型进行压缩并上注至卫星,卫星在轨利用轻量化模型对影像进行推理计算,最后把目标识别结果下传至用户。为了对所提出的技术框架进行验证,在高性能服务器和嵌入式开发板上进行了验证试验,利用YOLO-v5算法和DIOR遥感数据集进行了测试,结果表明:在模拟星载计算环境下,处理100km~2范围1m分辨率遥感影像耗时17.74s,平均精确度(Mean Average Precision,mAP)为87.2%。文章提出的星地协同智能目标识别技术框架实时性和精度上能够满足应用需求,具备一定的可行性,可以进一步开展在轨验证试验。     

我国极轨气象卫星的发展

介绍了我国极轨气象卫星的现况。提出了由风云三号(FY-3)上午星、下午星和降水测量卫星组成的我国极轨气象卫星对地观测网构想,给出了三种卫星的主要仪器性能指标。讨论了多载荷综合观测,利用微波波段实现全天候探测,提高光谱分辨率,提高空间分辨率,提高仪器的灵敏度、定标精度,发展无线电(GPS)掩星探测,以及发展主动遥感等极轨气象卫星发展趋势。对我国极轨气象卫星的发展给出了气象卫星向对地综合观测发展、遥感探测技术向"四高两全一多"发展、探测方式向主动与被动结合方向发展、遥感应用向高精度定量化发展、发展专用卫星或小卫星阵列等建议。分析了转动部件与太阳阵耦合抑制、高指向精度高稳定度姿态控制、高数据率数据传输、颤振对高光谱成像质量的影响分析及减振、主动微波及可见、红外、紫外谱段高精度地面及在轨定标等实现我国极轨气象卫星发展的关键技术。     

FY—1C卫星的应用与展望

介绍了我国独立自主研制的第一代太阳同步轨道气象卫星－FY－1的性能和主要功能，着重介绍了FY－1C星在气象遥感、海洋遥感、空间环境研究、地球环境监测、抗灾救灾和国民经济建设中的应用，以及对国际气象业务的贡献，并展望了我国下一代极轨气象卫星的发展。     

遥感数据在自然灾害救助中的应用

根据《自然灾害救助条例》的自然灾害救助业务需求,分析了卫星遥感和航空遥感在自然灾害救助中的应用能力,利用高分辨率“快鸟”（Quickbird）卫星、地球资源观测卫星一B（EROS—B）的光学数据、“地中海盆地观测小卫星”（COSMO—Skymed）星座的合成孔径雷达数据、航空及无人机的遥感数据,结合空间分析方法,对汶川地震和玉树地震后灾民安置点规划、房屋倒损评估、帐篷动态监测、灾后灾民安置及环境、房屋恢复重建进度等进行了研究,其相关产品为政府提供决策支持信息、制定科学合理的救灾措施发挥了重要作用。     

A Review of Satellite Remote Sensing Monitoring Methods for Sea Surface Oil Spill

Using satellite remote sensing to monitor oil spill on the sea is an advanced means of oil spill monitoring, and it has the characteristics of wide coverage, speediness and real time, synchronization, continuity, and low cost. Hence, accelerating the research on this technology and establishing a satellite remote sensing monitoring mechanism suitable for oil spill emergency situations is of great significance to improve China's oil spill monitoring capability and prevent or reduce the pollution damage caused by oil spill in the marine environment.This paper analyzes and studies the current situation using satellite remote sensing to monitor oil spills at home and abroad. Based on the basic principle of satellite remote sensing, this paper systematically studies the satellite remote sensing monitoring oil spill principles, satellite data processing methods and oil spill information identification, and summarizes an oil spill identification system that can realize oil spill information reproduction. This system provides an important means of support for the handling of oil spill accidents.     

基于人类视觉特性的遥感图像优化显示及应用

在分析遥感图像主观质量（Subjectivequality）评价的基础上,提出基于人类视觉特性的优化显示技术．并应用于遥感图像压缩、相对辐射校正评价和噪声估计。结果表明：当图像以50％比例放大时,处理前后的效果不明显：以100％比例放大时,差异性开始出现;当显示比例提高到200％时,图像的噪声、条纹及退化现象比较容易发现与识别。因此,当需要比较两幅图像差异及监测图像质量变化时,建议显示比例设为200％。上述成果已成功应用于CBERS-02B卫星HR相机及后续高分辨率相机压缩方案的评价,也用于中国卫星遥感地面处理系统的图像质量监测。     

改进暗通道遥感影像去雾方法及效果分析

遥感影像的预处理工作是遥感数据应用的基础。去除云雾是影像预处理工作的重要组成部分。针对遥感影像雾霾浓度分布不均匀的问题,提出一种改进的暗通道遥感影像去雾方法。以"高分一号"(GF-1)卫星为例,根据影像灰度图中的灰度值对影像雾霾浓度区域进行划分,对每个区域中暗原色值的获取方式进行改进,使用导向滤波优化大气传输率,以归一化植被指数(NDVI)为基础,设计用于评价影像去雾质量的定量指标。结果表明:所提出的方法能明显去除雾霾干扰,有效改善卫星影像数据的视觉效果,增强影像细节。该方法去雾处理后的遥感数据能应用于定量遥感,提高遥感影像的可用性及有效性。     

新一代无源微波遥感器及其在地球同步卫星上的应用研究

星载无源微波遥感已发展成为观测大气与地球表面的重要手段，地球同步气象卫星上使用的微波遥感仪器必须是新一代先进的遥感器；它应兼备传统的无源微波大气探测仪及微波成像仪的双重功能。本文叙述了国际上新一代星载无源微波遥感器的研究现状和发展趋势，讨论了在地球同步气象卫星上装载无源微波遥感仪器的可行性及其关键技术，并研究了其频率的选择问题。     

卫星遥感数据的浏览查询技术

遥感卫星图像数据的预处理包括数据编目、存档管理、浏览查询和产品生产等部分。其中，浏览查询是向遥感数据的用户提供查询和检索卫星原始数据各级产品数据的手段，浏览查询系统的功能和性能直接影响到遥感数据的使用效率。本文介绍了新一代高码速率遥感卫星地面数据处理中浏览查询系统研制的主要技术。本文所研究的浏览查询技术已成功的运用到资源二号遥感卫星地面站的数据处理系统中。本文论述的数据处理技术将为其它遥感卫星地面数据处理系统的研制提供重要的帮助。     

卫星遥感数据在城乡规划动态监测中的应用

概述了城乡规划动态监测对卫星遥感数据的要求,说明了卫星遥感影像数据应用于城乡规划动态监测的技术原理、工作流程及工作任务。以相关监测城市为例,阐述了2009-2010年我国36个城市建设用地规模、城市四线强制性内容等变化情况。监测成果说明,应用卫星遥感数据是城乡规划动态监测的有效手段。     

FY-4 Meteorological Satellite

FY-4 is the second generation of Chinese geostationary satellite for quantitative remote sensing meteorological application. The detection efficiency, spectral bands, spatial and time resolution have been greatly improved with respect to those of first generation, as well as the radiometric calibration and sensitivity. The combination of multichannel detection and vertical sounding was first realized on FY-4, because both the Advanced Geostationary Radiation Imager(AGRI) and Geostationary Interferometric Infrared Sounder(GIIRS) are on the same spacecraft. The main performance of the payloads including AGRI, GIIRS and Lightning Mapping Imager, and the spacecraft bus are presented, the performance being equivalent to the level of the third generation meteorological satellites in Europe and USA. The acquiring methods of remote sensing data including multichannel and high precision quantitative observing, imaging collection of the ground and cloud, vertical observation of atmospheric temperature and moisture, lightning imaging observation and space environment detection are shown. Several innovative technologies including high accuracy rotation angle detection and scanning control, high precision calibration, micro vibration suppression, unified reference of platform and payload and on-orbit measurement, real-time image navigation and registration on-orbit were applied in FY-4.