“高分五号”卫星概况及应用前景展望

"高分五号"卫星是中国高分辨率对地观测系统重大专项中实现高光谱分辨率观测的卫星,运行于高度705km的太阳同步轨道,装载可见短波红外高光谱相机、全谱段光谱成像仪、大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪、大气主要温室气体监测仪、大气痕量气体差分吸收光谱仪、大气气溶胶多角度偏振探测仪等6台有效载荷,具备高光谱与多光谱对地成像、大气掩星与天底观测、大气多角度偏振探测、海洋耀斑观测等多种观测手段,获取从紫外至长波红外(0.24~13.3μm)高光谱分辨率遥感数据;载荷的光谱分辨率最高可达0.03cm~(–1),具备在轨定标功能,绝对辐射定标精度优于5%,光谱定标精度最高可达0.008cm~(–1)。卫星将在环境综合监测、国土资源调查和气候变化研究等方面发挥重要作用。     

高光谱观测卫星及应用前景

介绍了我国高分辨率对地观测系统重大专项中第一颗实现高光谱分辨率观测的高光谱观测卫星(GF-5)卫星及其应用前景。该卫星设计运行于高度705km的太阳同步轨道,装载可见短波红外高光谱相机、全谱段光谱成像仪、大气主要温室气体监测仪、大气痕量气体差分吸收光谱仪、大气气溶胶多角度偏振探测仪、大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪共6台有效载荷。卫星的光谱分辨率高且谱段全,具备高光谱与多光谱对地成像、大气掩星与天底观测、大气多角度偏振探测、海洋耀斑观测等多种观测模式,获取从紫外至长波红外(0.24~13.3μm)高光谱分辨率遥感数据;数据辐射分辨率高,载荷的光谱分辨率最高0.03cm-1,具备在轨定标功能,绝对辐射定标精度优于5%,光谱定标精度最高0.008cm-1;长波红外空间分辨率高;高码速率数传;高可靠长寿命设计。卫星入轨后将在环境综合监测、国土资源调查和气候变化研究等方面发挥重要作用。其典型应用有陆表环境综合观测、陆表局地高温及城市热岛效应监测、矿物填图、大气成分全球遥感监测和大气污染气体监测等。     

多光谱遥感大气邻近效应的蒙特卡罗模拟与验证

大气邻近效应是影响光学遥感高精度定量化应用的重要因素之一。由于大气散射作用随大气状况变化具有很强的时效性,因此大气邻近效应具有很强的时空特性,其估算很难进行测量和验证。采用基于蒙特卡罗方法模拟大气点扩展函数(PSF),实现大气邻近效应模拟分析,结合"资源三号"卫星多光谱影像,利用调制传递函数测量方法获得大气点扩展函数,从而开展多光谱大气邻近效应分析研究。模拟与测量对比分析结果显示:1)测量方法和模拟方法得出的相同谱段PSF的形状很接近,PSF的半高宽误差小于8%;2)两次模拟结果与对应的测量结果随光谱变化是一致的,黑白靶标从蓝色到近红外光谱的邻近效应都依次降低;3)模拟结果要小于实测结果,并且两者的误差在1.6%~18.2%之间,这表明除了考虑大气气溶胶外,实际遥感图像的邻近效应评估还要考虑卫星在轨状况以及大气其它状况的影响。模拟分析结果表明该方法可有效地估算多光谱影像大气邻近效应,能够为不同大气状况下遥感图像品质的评估提供一定依据,也有助于多光谱遥感大气邻近效应校正及图像品质提升的研究。     

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。     

基于波段选择的RX改进算法

针对高光谱检测亚像元飞机的问题,提出基于大气吸收谱段的改进RX异常检测算法,实现亚像元检测能力和检测效率的提升.阐述了改进算法的基本原理,对比了10 km高度和地面大气吸收系数的曲线差异,建立了改进算法的检测模型,采用仿真的客用飞机可见-短波高光谱数据和海水背景高光谱数据,获得了信噪比10 dB的高光谱仿真图像.采用经...     

星载大气监测光谱仪高精度星上定标技术

大气成分的高精度反演及应用对星载超光谱载荷的辐射精度和光谱精度均提出了更高要求,且随着遥感器运行寿命的不断延长,需建立高精度、高稳定的星上定标系统。文章介绍了一种满足大气监测光谱仪高精度定标要求的星上定标技术,结合时间调制型傅里叶变换光谱仪的技术特点,制定了星上绝对辐射定标、仪器线形函数ILS测量和光谱定标的方案。采用太阳漫反射板定标法实现全口径、全视场、全光路绝对辐射定标,定标漫反射板在光谱仪光路的最前端将太阳光谱引入,通过已知的大气层外太阳光谱照度和地面标定的漫反射板双向反射分布函数BRDF确立星上绝对辐射定标基准。设置参考漫反射板进行在轨性能衰减的监测和校正,采用的QVD漫反射板具有高稳定性,可保证全寿命周期内星上绝对辐射定标精度优于5%。星上设置单色稳频激光器对光谱仪的仪器线形函数进行定期监测,以评估光谱仪的光谱分辨率等光学性能的在轨状态。利用太阳光谱和大气光谱中的特征谱线进行在轨波长校正。     

常用大气校正模型对图像清晰度提升的对比分析

大气散射、吸收及临近效应等降低了大气调制传递函数而影响遥感图像清晰度,去除大气影响对提高图像清晰度具有重要意义。文章采用典型遥感卫星Landsat-8多光谱数据进行大气校正对图像清晰度提升的研究,基于6S模型、FLAASH模型和黑暗像元法(DOS)模型进行大气校正,得到各谱段地物反射率图像。采用常用的基于图像特征参数(灰度梯度、边缘、熵及频谱)和多光谱图像色彩保真度的清晰度评价方法对校正前后图像清晰度进行评价。结果表明:采用FLAASH、6S和DOS三种模型,大气校正后的清晰度特征参数(以熵为例)较原图平均提升程度分别为27%、10%、1.3%。而色彩保真度方面,各谱段反射率与实际反射率差(以草地为例)的平均值分别为0.018、0.028、0.038。因此,基于辐射传输模型的方法具有更高的大气校正精度,其中FLAASH模型对图像清晰度的提升最明显。     

大气色散对航空双谱段高分辨率斜视成像影响

航空双谱段高分辨率斜视成像载荷作为重要的成像手段,具有焦距长、分辨率高等特点,由于大气层上疏下密的分层特性,光线在大气中斜视传播时,导致光谱展宽并产生色散和畸变,严重影响系统成像分辨率和目标定位精度。文章分析了斜视成像的几何特性;利用MODTRAN软件仿真分析了斜视成像时大气透过特性和光谱散射特性;通过光线追踪法定量分析了大气色散对可见光和中波红外谱段的光线弯曲和光谱色散的影响,并提出了基于多光谱ZnS楔形窗口补偿方法。结果表明,远距离斜视成像可见光近红外0.50～0.95μm透过率高,散射小;中波3.70～4.80μm散射和路径辐射效应较小,光线斜视传播时,光线弯曲角度基本一致;大气色散对可见光谱段影响较大,航高20km斜视120km时,成像分辨率由0.375m退化至4.2m,大气色散对中波红外谱段影响较小;色散补偿后,可见光谱段色散角度下降为原来的1/2,中波红外谱段不受影响,在提升可见光成像品质的同时,保持中波红外谱段色散特性不变。     

高分五号卫星

正高分五号(GF-5)卫星于2018年5月9日在太原卫星发射中心成功发射。GF-5卫星运行在平均轨道高度705km、倾角98.2o的太阳同步轨道,发射质量约2800kg,整星功率1700W,设计寿命为8年。GF-5卫星配置有6台先进有效载荷,观测谱段覆盖紫外至长波红外,包括:大气环境红外甚高光谱分辨探测仪、大气痕量气体差分吸收光谱仪、全谱段光谱成像仪、大气主要温室     

空间主动光电遥感现状及发展

空间主动光电遥感技术在空间对地观测和深空探测等领域具有广阔的应用前景,探测对象包括地球和地外天体三维地形、地球植被垂直分布、大气气溶胶与云的垂直分布、大气温湿廓线、大气风廓线和特殊气体浓度等。为系统梳理空间主动光电遥感技术,综合分析了国内外空间主动光电高程探测载荷和大气垂直廓线探测载荷的发展历史和现状,提出了未来我国在多波束单光子三维地形探测、高光谱分辨率激光大气探测、差分吸收激光大气探测、激光掩星大气探测和激光海洋探测领域开展更深入研究的建议。     

欧空局的"金星快车"探测器(下)

“金星快车”的有效载荷由各种光谱仪、光谱成像装置及覆盖紫外到热红外波长范围的成像装置、等离子体分析仪和磁强计组成。这些仪器将能对金星的大气、等离子环境和表面进行非常详细的研究。研究的目的在于加深对金星大气成分、循环和演化史的认识。该探测器将探讨金星的表面特性及大气与表面的相互作用，并将寻找火山活动的迹象。     

高光谱遥感技术发展与展望

高光谱遥感技术是在成像光谱学基础上发展起来的一种遥感信息获取技术,因其高光谱分辨率及光谱和图像同时获取的能力,在大气探测、航天遥感、地球资源普查、军事侦察、环境监测、农业和海洋遥感等领域有着广泛和重要的应用。文章对高光谱遥感技术的发展概况进行了回顾,详细介绍了典型的高光谱遥感仪器的发展历程及其主要参数,对比了不同时期各个国家高光谱遥感载荷的性能特点,分析了中国高光谱遥感技术发展现状,并归纳了国际上未来高光谱遥感技术发展计划。文章结合当前信息时代的发展特点,对高光谱遥感技术未来发展进行了展望,指出了高光谱遥感技术探测波段进一步拓宽,时间、空间及光谱分辨率进一步提高,高光谱遥感技术种类进一步丰富,图像、光谱、偏振多元信息一体化获取,智能化、网络化以及小型轻量化的发展趋势,可为中国高光谱遥感技术的进一步成熟化和实用化提供参考。     

大气成分探测红外光谱仪系统指标分析

由温室气体引起的全球气候变化和环境污染已经受到全世界的广泛关注。进行大气成分探测,对于更好地了解温室效应产生的细节、大气分子的光化学性质对臭氧层的影响以及大气污染机制都具有重要意义。由于大气成分种类较多,其红外吸收光谱密集且复杂,因此大气成分探测仪器需要有较高的光谱分辨能力和信噪比。文章进行了大气成分探测的总体指标需求分析,并据此确定了大气成分探测红外光谱仪的主要技术指标。为了满足指标要求,该光谱仪采用傅里叶变换红外光谱仪的总体方案。通过仪器性能影响因素分析和系统优化,使得该仪器的最终设计结果满足指标要求。     

大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪设计与实现

GF-5卫星的大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪是中国目前光谱分辨率最高的红外超光谱探测载荷,它基于时间调制傅里叶变换光谱探测技术,通过太阳掩星观测方式在750~4 160cm–1(2.4~13.3μm)光谱范围内,实现光谱分辨率0.03cm–1的大气透射光谱探测。该载荷的两大技术特点和难点是高光谱分辨率和自主精密太阳跟踪,采用大光程差摆臂角镜傅里叶变换光谱仪实现了红外宽谱段、高分辨率光谱探测,研制了图像反馈太阳跟踪装置实现在轨自主精密太阳跟踪。文章回顾了该载荷的系统设计、关键技术及实现情况,给出了地面测试与试验结果,可为同类载荷研制提供参考。     

用航空遥感器对海岸带海洋水色的分析

本文介绍了一种利用航空遥感器分析海岸带海洋水色的方法,这种方法已应用于亚得利亚海北部试验区,在不同高度上所获得的多光谱数据中。从海洋水色辐射计(工作谱段与海岸带彩色扫描仪相同)和六通道辐射计(工作在叶绿素自然荧光的光谱区域)所获得的数据,已用水色遥感辐射过程的模型,对大气和海面的影响进行了修正。遥感得到的水辐射光谱以及叶绿素和沉积物浓度经大气和海面影响修正之后的数据,证实了这种方法对悬浮或溶解于海水中的物质具有定量分析的能力。     

星载超光谱大气主要温室气体监测仪载荷

"高分五号"卫星是中国高分重大专项中第一颗高光谱分辨率卫星,共搭载有六台有效载荷,其中大气主要温室气体监测仪是实现CO_2、CH_4等温室气体探测的超光谱专用载荷。该载荷采用新型空间外差光谱技术原理,具有无运动部件分光、超光谱、光通量大等技术特色,是国际上首次实现基于该技术体制研制的温室气体载荷,且完全依托中国现有基础进行自主研制。文章主要介绍了大气主要温室气体监测仪探测原理及方案、在轨工作模式设计,研制过程中突破的一体化干涉仪胶合、星上定标、海洋耀斑观测等多项关键技术。阐述了载荷地面定标及性能验证等工作,对定标及测试数据进行了分析,结果表明该载荷性能已到达了国际同类载荷的先进水平。文章最后还对温室气体后续探测载荷发展提出了一些具体建议。     

陆地生态系统碳监测卫星多波束激光雷达光学系统设计

为了最大限度地发挥大口径的优势,多波束激光雷达与高分辨率相机共孔径设计已成为激光雷达的发展趋势。文章基于陆地生态系统碳监测卫星的需求,分析了大口径共孔径成像系统的特点和设计要点,给出了一种米级口径大视场的可见光多光谱相机与多波束激光接收、高倍率压缩大气探测三通道共孔径成像光学系统的设计思路和设计结果。光学系统焦距8000mm/2667mm,大气探测实现40倍压缩并与后续的法布里-珀罗标准具衔接,光学系统结构紧凑,多光谱谱段在其耐奎斯特频率处的像质、大气平行光出射波前差、多波束激光能量集中度达到衍射极限。共用三镜调焦可以有效保证各通道像质均达到衍射极限,对于大气通道尤为有利。该设计方案不仅适用于多波束激光雷达多功能共孔径光学系统,也可用于其它大口径多通道共孔径光学系统中。     

风云三号B星气象卫星发射成功

2010年11月5日,风云三号B星由长征四号丙运载火箭成功发射。这是我国新一代极轨气象卫星,星上装有可见光红外扫描辐射计、红外分光计、中分辨率光谱成像仪、微波辐射计等11个遥感探测仪器,可实现全球、全天候、多光谱、三维、定量探测,可获取地表、大气、海洋及空环境等参数,为实现我国中长期数值天气预报服务。     

欧洲极轨平台上的中分辨率成像光谱仪

本文描述了中分辨率成像光谱仪(MERIS)的设计。该仪器已被选为计划于1997年发射的欧洲极轨平台上的一个核心仪器。其光谱覆盖范围为400nm到1050nm,覆盖区宽度为1500km,光谱分辨率为1.5nm,空间分辨率为260m。此仪器主要用于海洋、陆地和大气方面的研究。     

大气环境监测卫星方案设计与技术特点

大气环境监测卫星(DQ-1)是国家民用空间基础设施中长期发展规划中的科研卫星，其运行于705 km高度的太阳同步轨道，装载大气探测激光雷达(ACDL)、高精度偏振扫描仪(POSP)、多角度偏振成像仪(DPC)、紫外高光谱大气成分探测仪(EMI)及宽幅成像光谱仪(WSI)等5台遥感仪器，通过主动激光与被动高光谱、多光谱、多角度、偏振等手段结合，实现对大气CO2、细颗粒物、污染气体、云和气溶胶等要素，以及对大气环境、水环境和生态环境等进行大范围、连续、动态、全天时的综合监测;卫星CO2柱浓度探测精度优于1 ppm，为国际最高。卫星入轨后各分系统工作正常，在轨测试结果均满足要求，能够进一步提升我国大气环境综合监测、全球气候变化和农作物估产、农业灾害等应对能力，推动生态环境、气象、农业农村等领域遥感应用。本文概述了DQ-1卫星的总体设计方案，总结了卫星的主要技术特点及创新点，介绍了卫星系统在轨测试情况，并对卫星的应用前景进行了展望。