航天超光谱成像技术原理及其发展现状

介绍了国际航天超光谱成像仪的发展状况,简要分析了光栅型超光谱成像仪和干涉型超光谱成像仪的原理,并对我国发展航天超光谱成像遥感技术提出了建议。     

环境减灾-1A卫星超光谱成像仪结构设计

超光谱成像仪是环境减灾-1A卫星搭载的有效载荷之一,采用空间调制傅里叶变换光谱成像(SMFTHSI)原理,针对仪器技术指标、卫星平台以及仪器光学方案等约束条件,文章介绍了超光谱成像仪光机结构设计方法以及设计结果,并采用有限元分析法对设计结果进行了分析计算.     

环境减灾二号A/B卫星高光谱成像仪设计与验证

高光谱成像仪是环境减灾二号A/B卫星上唯一可以获取高光谱数据的载荷。文章从幅宽和空间分辨率2个方面介绍了国内外高光谱成像仪的发展现状;基于大孔径静态干涉光谱成像(LASIS)技术原理和高光谱成像仪系统组成,提出幅宽增大和空间分辨率提高会带来偏流角偏差控制和高速图像传输等问题;对摆镜“轻巧型”结构、高精度运动部件及大尺寸高精度干涉仪进行设计,以满足偏流角偏差分析提出的高光谱成像仪推扫方向与探测器光谱方向夹角优于2.7′的要求,采用大面阵CCD高速成像技术,实现电路规模仅为原有技术的1/4。环境试验和在轨成像结果表明：高光谱成像仪调制传递函数(MTF)大于0.24,星上定标精度优于2 nm,在轨获取的可见光近红外(VNIR)及短波红外(SWIR)光谱图像立方体正确,曲线准确度相对偏差优于5%,高光谱成像仪的设计具有有效性。     

MightySat-2.1卫星发回第一张超光谱图像

于2000年7月19日从美国范登堡空烟基地发射的MightySat-2.1卫星9月初从太空发回了第一张超光谱图像。MightySat-2.1型卫星的轨道高度为547 km,星上携带了10种试验仪器,其中有1台试验成像仪—傅里叶超光谱成像(FTHSI)。 傅里叶超光谱成像仪是由美国新墨西哥州阿尔伯克基的克斯特尔公司生产制造的,被认为是第一个可在轨运行、技术公开的超光谱系统。该成像仪的视场为15 km×20 km,采用推进     

星载高光谱成像仪数据地面预处理系统设计

环境与灾害监测预报小卫星星座A星(简称环境-1A卫星,HJ-1A)上搭载的高光谱成像仪(HSI)是我国第一个对地成像的干涉成像光谱仪,具有多谱段、高光谱分辨率的优点.针对高光谱成像仪的特点,设计了星载高光谱成像仪数据地面预处理系统.该系统由产品生产、质量检测和定标处理单元组成,集成了高光谱成像仪数据完整性处理、背景处理...     

Mighty-Ⅱ星载干涉型超光谱成像仪

介绍了美国研制的 Mighty-Ⅱ卫星载干涉型超光谱成像仪,主要内容包括卫星发射前后的校准结果、在轨性能,以及该超光谱成像仪在设计寿命内的有关数据。它是第一台在轨成功使用的超光谱成像仪。     

超光谱成像仪的实验室定标

星载超光谱成像仪是一种空间调制型干涉光谱成像仪,文章研究了一套适用于干涉成像光谱仪、具有一定精度的实验室定标方法,满足了超光谱成像仪的实验室定标要求。采用激光光源进行光谱定标,光谱定标精度优于2nm。用远距点光源光路进行CCD探测器像元响应不均匀性修正,并进一步用天空背景光或均匀平行光进行全系统光能传输不均匀修正,实现了干涉图平场,相对定标精度达到2.46%。采用太阳模拟光源和均匀平行光路,用光谱辐射度计（ASD）实现标准辐射亮度的传递进行光谱辐射度定标,绝对定标精度达到8.21%。     

航天超光谱成像仪原理分析

介绍了国内外航天超光谱成像仪的研制概况,主要分析介绍了光栅型超光谱成像仪和干涉型超光谱成像仪的原理,并指出了需要进一步研讨的问题。     

环境减灾-1A卫星空间调制型干涉光谱成像仪技术

介绍了空间调制型干涉光谱成像技术的基本原理,结合为环境与灾害监测测预报小卫星研制的超光谱成像仪总体方案,阐述了该类仪器的主要技术参数设计方法,以及光学、机械、电子、定标和数据复原处理等环节的关键技术,给出了仪器在轨运行获得的部分超光谱数据,以及仪器的应用潜力.     

星载遥感高光谱成像仪电子学抗辐照设计

高光谱成像载荷在高空间分辨率、光谱分辨率及大幅宽等方面指标需求不断提升,使得星载遥感的抗辐照设计问题愈发明显,文章提出了针对任务需求从器件级、电路级以及载荷分系统级分层设计兼顾成本的设计方法,以增强高光谱成像仪抗辐照能力。该方法依据分系统各层级、各功能模块抗辐照能力水平高低,从器件选用把控、电路应用加固到整个载荷的整体屏蔽优化的具体实际应用,对应用情况进行分析计算及优化迭代、等效测试试验验证,实现了抗辐照能力和研发成本合理平衡。通过在多个遥感系列卫星高分辨率高光谱成像仪上的成功应用,结果表明：该高光谱成像仪的抗辐照设计方法具有科学性和稳健性,有效提升了卫星载荷的可靠性和研制效率。     

静止轨道气象卫星观测系统发展设想

介绍了静止轨道气象卫星发展的现状。对国内外静止气象卫星的平台能力和探测仪器性能进行了对标与分析。根据我国静止气象卫星应用需求,给出了所需的新型遥感仪器的需求。讨论了静止气象卫星的发展趋势。介绍了静止气象卫星采用光学成像星、探测星(光学、微波)、降水测量星组合配置,在同步轨道上同位或异位进行观测的发展设想,以及需配置的先进可见光红外成像仪、闪电成像仪、高光谱垂直探测仪、地球辐射收支仪、太阳X-EUV成像仪、地球静止轨道先进微波探测仪、地球静止轨道降水测量雷达等的主要功能与性能。     

环境-1A超光谱成像仪相对辐射定标方法应用研究

介绍了环境-1A卫星上装载的新型有效载荷超光谱成像仪的工作原理。指出我国使用超光谱干涉仪尚处于试验阶段,对在轨数据处理方法还需要完善。文章针对干涉仪的数据立方体特性提出一种空间维的基于统计方法的在轨干涉数据相对辐射定标处理方法,并通过对卫星实际在轨数据的对比处理来验证其处理效果。结果表明,相对辐射定标处理可以修正CCD响应的不均匀性和入射光场的不均匀性,减小非线性相位偏移,提高复原光谱的精度。     

Small satellite's role in future hyperspectral Earth observation missions

Along with various advanced satellite onboard sensors, an important place in the near future will belong to hyperspectral instruments, considered as suitable for different scientific, commercial and military missions. As was demonstrated over the last decade, hyperspectral Earth observations can be provided by small satellites at considerably lower costs and shorter timescales, even though with some limitations on resolution, spectral response, and data rate. In this work the requirements on small satellites with imaging hyperspectral sensors are studied. Physical and technological limitations of hyperspectral imagers are considered. A mathematical model of a small satellite with a hyperspectral imaging spectrometer system is developed. The ability of the small satellites of different subclasses (micro- and mini-) to obtain hyperspectral images with a given resolution and quality is examined. As a result of the feasibility analysis, the constraints on the main technical parameters of hyperspectral instruments suitable for application onboard the small satellites are outlined. Comparison of the data for designed and planned instruments with simulation results validates the presented approach to the estimation of the small satellite size limitations. Presented analysis was carried out for sensors with conventional filled aperture optics.     

大气环境监测卫星紫外高光谱大气成分探测仪技术发展及应用

大气环境监测卫星是我国民用空间基础设施中长期发展规划中的科研卫星。本文介绍了搭载于该卫星的新一代紫外高光谱大气成分探测仪，通过发展紫外高光谱大幅宽高分辨超光谱成像技术，使紫外谱段高光谱大气观测空间分辨率提升一倍，大幅提升气态污染物监测能力，取得良好的应用效果。     

基于Kalman滤波的卫星光谱成像仪非均匀性场景校正

为消除在轨卫星光谱成像仪的非均匀性,提出了一种基于Kalman滤波器校正算法.给出了校正算法,建立了均方根误差和列向粗糙度等评价指标.对美国TERRA卫星MODIS仪器图像的校正试验结果表明:用Kalman滤波器校正方法去除遥感图像中非均匀性条带的效果明显,校正后图像的品质显著提高.     

色散推扫型高光谱数据系统残余误差校正

高光谱遥感成像链路中各个环节产生的系统误差会降低数据质量（quality）,从而削弱高光谱数据的应用潜力。为了消除高光谱辐亮度数据中的系统残余误差,以色散推扫型高光谱遥感系统为例,提出了基于成像链路的系统残余误差校正流程。首先,从成像链路出发,在不同环节分析系统残余误差的产生原因及机理;然后,通过分析检测及校正算法对数据质量的影响,以及误差项之间的内在联系,设计了一种系统残余误差校正流程;最后,以PHI高光谱数据作为数据源对提出的校正流程进行实验验证。结果表明：校正后的图像可视性增强;信噪比显著提高,最大提升值为91.9%;反射率数据中的过校正现象得到有效消除。利用该校正流程能够较好的消除数据中的系统误差,提高图像数据质量以及后续应用处理能力。     

用于图像定位与配准的扫描辐射计扫描镜热变形模型研究

以某卫星扫描成像辐射计为研究对象,建立了扫描镜的热变形模型,并对模型进行了简化。模型应用结果表明,扫描镜镜面与扫描镜转轴需采用热特性接近的材料,通过增强仪器结构在Y向的刚度,能提高热变形模型的精度。用该模型获得的扫描镜热变形运动补偿(TMC)精度可满足卫星的使用要求。     

“中华卫星一号”及其海洋水色成像仪

介绍了中国台湾研制的“中华卫星一号”（ＲＯＣＳＡＴ－１）实验卫星的概况。较详细介绍该卫星上的海洋水色成像仪的构成、主要性能。给出了“中华卫星一号”及其海洋水色成像仪外形图和结构图。     

珠海一号高光谱影像云检测算法

珠海一号高光谱卫星具有高空间、高光谱、高时间分辨率等特点,有效推动了高光谱遥感数据在农林环境、自然资源探测等领域的广泛应用,其中高精准的云检测是遥感数据预处理的关键步骤。如何对高光谱图像有效特征提取并克服传统云检测方法特征复杂、算法参数多、计算量大、鲁棒性差等缺陷,是高光谱云检测研究的关键问题。为此,提出了一种多尺度特征融合的U型结构网络,模型首先利用残差模块进行特征编码,并将编码进行多尺度融合,在网络的跳跃连接处引入了坐标注意力机制提取有用信息,最后通过残差解码得到输出结果。实验前首先利用主成分分析降维,将高光谱数据重构为4维影像数据,然后通过数据标注与数据增强,建立珠海一号高光谱影像云检测数据集。采用了38-Cloud云数据集训练初始网络参数,随后利用构建的数据集进行迁移学习。实验结果表明,对于所建立的珠海一号高光谱云检测数据集,所提方法的像素准确率达到92.28%,可以实现高精度的高光谱遥感影像云检测。