SAM在CMODIS数据信息提取中的应用

中国首次上天的中等分辨率成像光谱仪 (CMODIS)数据具有 34谱段 ,包含了从可见光、近红外、短波红外至热红外波段非常丰富的波谱信息。但是CMODIS波段间相关性很高 ,而且数据量很大 ,若用传统的基于数理统计的分类方法 (如监督和非监督分类方法 )提取信息会有一定的困难。光谱角度制图法(SAM)是通过计算 1个测试光谱 (像元光谱 )与 1个参考光谱之间的“角度”来确定它们两者之间的相似性 ,从而达到分类目的。这一方法更符合高光谱数据的特点。文章对 2 0 0 2年 5月 2 2日取得的前 2 0个波段的CMODIS数数据分别采用监督分类方法和光谱角度制图 (SAM)法提取信息。试验结果表明采用SAM得到了比监督分类方法更好的分类效果和更多的信息。     

SAM在CMODIS数据信息提取中的应用

中国首次上天的中等分辨率成像光谱仪(cMODIS)数据具有34谱段，包含了从可见光、近红外、短波红外至热红外波段非常丰富的波谱信息。但是CMODLS波段间相关性很高，而且数据量很大，若用传统的基于数理统计的分类方法(如监督和非监督分类方法)提取信息会有一定的困难。光谱角度制图法(SAM)是通过计算1个测试光谱(像元光谱)与1个参考光谱之间的“角度”来确定它们两者之间的相似性，从而达到分类目的。这一方法更符合高光谱数据的特点。文章对2002年5月22日取得的前20个波段的CMODIS数数据分别采用监督分类方法和光谱角度制图(SAM)法提取信息。试验结果表明采用SAM得到了比监督分类方法更好的分类效果和更多的信息。     

HJ-1A卫星CCD相机入射光谱辐射亮度的分析

文章介绍了HJ - 1A卫星CCD相机的任务需求 ,分析了影响CCD相机入射光谱辐射亮度的主要因素 ,通过“6S”软件得到在不同条件下CCD相机入射光谱辐射亮度 ,并依据CCD相机各波段的观测能力与地物的光谱特点 ,最终确定了CCD相机各波段不同增益对应的最大入射光谱辐射亮度。     

环境减灾-1A卫星超光谱数据反演叶绿素a浓度的模型研究

通过星地同步遥感实验,实测巢湖水体水质参数,运用相关分析探求环境减灾-1A卫星超光谱成像仪数据与实测叶绿素a浓度的关系,选择不同的函数曲线对一阶微分方法、波段比值方法和三波段方法进行拟合,建立相应的估测模型,实现对巢湖水体叶绿素a浓度的反演.并最终选取精度最优的模型模拟巢湖的叶绿素a含量.结果表明:三波段组合的线性模型反演精度最高,67%的检验数据误差小于30%,说明基于环境减灾-1A卫星数据的三波段模型能定量提取巢湖地区夏季水体叶绿素a浓度信息.     

"高分四号"卫星正射校正精度分析

探究"高分四号"(GF-4)卫星影像在无精确控制点情况下进行基于有理函数模型的正射校正时,地形因素、参考影像以及高程数据对其结果的精度影响,并给出最适合GF-4卫星正射校正的经验性结论;文章分别对不同地形、不同分辨率的Landsat8参考影像以及不同分辨率的DEM数据进行正射校正实验,并从自动生成的控制点个数以及均方根误差两方面进行了精度分析。结果表明基于有理函数模型的正射校正对于不同的地形有着不同的校正效果,山地整体效果上略好于平原与城市;参考影像的全色波段与GF-4卫星影像的空间分辨率比例在0.8～1.0之间时,正射校正效果最佳;DEM对于GF-4卫星影像垂直方向正射校正效果显著,且分辨率越高校正效果越好。GF-4卫星影像的正射校正精度高低不仅与自身图像所包含的地形地貌有关,而且其参考影像与DEM数据的分辨率也会对精度有影响,宜选用分辨率相近的参考影像以及较高分辨率的DEM数据参与GF-4卫星的正射校正。     

Landsat 7卫星的ETM+

Landsat 7卫星将于1999年4月15日由德尔它火箭发射。ETM+是Landsat 7卫星的重要有效载荷—多光谱扫描辐射计,是在Landsat 4、5卫星的专题成像扫描仪(TM)的基础上改进而成的。它既保持了Landsat计划的连续性,又使卫星的观测能力有了大幅度提高。ETM+提高了热红外谱段(B6)的空间分辨率,改进了辐射定标装置,新增加了全色谱段(B8)。 ETM+具有8个谱段,分别为:B1 0.45～0.52μm;B2 0.52～0.60μm;B3 0.63～0.69μm;B4 0.76～0.90μm;B5 1.55～1,75μm;B6 10.4～12.5μm;B7 2.08～2.35μm     

典型卫星表面材质的近红外干涉光谱反演

为研究空间碎片表面材料发生镜面反射时的光谱特征,采用光纤光谱仪联合高精度测角光度计,测量了4种典型空间碎片材质在多种入射角下的可见-短波红外光谱反射率,发现三结砷化镓电池片和聚酰亚胺包覆膜的镜面反射光谱在近红外波段(1 000～1 800 nm)出现了明显的等倾干涉光谱条纹。进一步分析表明,该光谱条纹由空间材质本身的多层工艺结构特性引起,并运用相关分析法建模计算求得砷化镓层厚度为5.518 9μm,近红外折射率为3.472 4;聚酰亚胺层厚度为24.210 6μm,近红外折射率为1.707 4,反演结果与材质标称参数相符。实验结果表明:近红外谱段镜面反射光谱特征可用于多层结构的空间碎片材质的厚度、折射率等工艺特性反演,该方法可为卫星材质精细辨识提供新的研究思路。     

长时序Landsat数据辐射校正方法对比研究

Landsat数据以其存档时间长、辐射性能稳定、全球免费获取等优势,被广泛应用于时序定量遥感监测研究。但长时序的遥感数据必须经过辐射校正获得地表反射率后,才能应用统一的模型或分类规则进行地表变化监测。文章以重庆地区2001年到2009年的5景Landsat数据为数据源,分别采用基于MODIS大气产品和6S辐射传输模型的逐像素大气校正方法和基于多元变化检测的相对辐射校正方法反演了地表反射率,并采用目视解译、影像直方图和时序未变化像元统计,对上述两种辐射校正结果进行了对比分析。结果表明:两种校正方法均能有效反演时序Landsat数据的地表反射率,消除时序影像的地物色彩差异,且时序未变像元点的反射率光谱一致性较好。大气校正能够消除可见光波段的大气空间异质性影响,使反演结果在时间序列上具有更高的稳定性和精度。     

"巴遥一号"卫星双相机在轨绝对辐射定标及精度分析

"巴遥一号"卫星作为中国整星出口巴基斯坦的第一颗光学遥感卫星,搭载了两台全色/多光谱高分辨率相机,每台相机全色波段的像元分辨率为1m,多光谱波段(蓝、绿、红及近红外)的像元分辨率为3m。为满足"巴遥一号"卫星双相机绝对辐射定标精度7%(2σ)的指标要求,文章采用基于灰阶靶标的绝对辐射定标方法,在敦煌定标场开展了为期56天的试验,得到了双相机的绝对辐射定标参数,然后进行定标不确定性评估并与基于大面积均匀场反射率法的MODIS结果、基于太阳-漫射板的MODIS星上定标结果进行交叉定标验证。结果表明,文中方法获取的"巴遥一号"卫星双相机定标绝对辐射精度为5.2%(2σ),满足其绝对辐射定标指标要求和定量化应用要求。     

高光谱图像融合最佳波段选择方法

针对高光谱图像高数据维给图像处理带来的困难和影响,本文构造了高光谱图像融合的最佳波段选择新模型-联合偏度-峰度指数(Joint Skewness-Kurtosis figure,JSKF)模型,利用JSKF指数进行自适应子空间的分解和波段选择,降低高光谱数据维数;并将选择出的最佳波段组合进行了融合,实验结果表明,该方法所选择的波段信息差异较大、互补特征明显,融合后图像包含的信息量丰富,效果优于传统的自适应波段选择方法和主成分分析累计贡献率方法.     

针对星载SAR法拉第旋转估计的NeQuick-2模型精度分析

P波段星载合成孔径雷达(SAR)凭借其较强的穿透能力,在对森林、沙地等观测方面具有较强的优势,但易受法拉第旋转等电离层干扰的影响,其图像质量严重下降。本文针对现有电离层模型的精度开展分析,以基于GPS的CODE GIM全球电离层实测数据为参考,对比评估NeQuick-2模型的电离层总电子量表征能力。在分析CODE GIM实测数据特点的基础上,讨论其在星载SAR领域的局限性;在解析NeQuick-2模型和方法的基础上,研究其表征精度的影响因素;通过对比该模型生成的电离层数据与CODE GIM数据,验证NeQuick-2模型的估计精度。结果表明:NeQuick-2模型可满足P波段星载SAR的法拉第旋转角估计和校正的需求。     

XPNAV-1卫星先期发布数据的计时分析

本文处理了XPNAV-1先期公布的35组Crab脉冲星的观测数据，采用离散傅里叶变换(DFT)方法得到脉冲到达时刻(TOA)及其测量精度。利用英国Jordrell Bank发布的Crab脉冲星星历与美国JPL发布的DE200历表，得到的拟合前计时残差均方根(RMS)为1.14 μs，且不存在系统性趋势，从而验证了XPNAV-1观测数据的有效性。同时，得到了该观测数据时间段内Crab脉冲星的X射线和射电波段之间的零点相位差为0.04。本文还给出了建立脉冲轮廓时子相位间隔N的取值与计时残差的RMS之间的关系。     

GF-6卫星WFV数据在林地类型监测中的应用潜力

为了了解"高分六号"(GF-6)卫星宽视场(WFV)传感器1A级产品数据品质,评估新增4个波段在林地类型分类研究中的应用潜力,文章以内蒙古鄂伦春自治旗的秋季GF-6卫星WFV数据为对象,开展了绝对定位精度的测试,并应用随机森林方法进行了林地类型分类研究。结果表明,GF-6卫星的WFV平原区数据几何畸变较小,无控制点有理多项式系数校正后图像配准的中误差在1个像元之内,有助于降低遥感技术应用的门槛,提高工作效率。新增的红边1、红边2、黄边波段对林地类型分类影响显著,整体分类精度从74%提高到80%以上,紫边波段对于森林类型分类也有所贡献。因此,GF-6卫星WFV的8波段多光谱遥感数据对中国大尺度森林资源、森林灾害等的宏观动态监测具有重要意义和极大应用潜力。     

大气环境监测卫星宽幅成像仪高性能碲镉汞红外探测芯片

宽幅成像仪(WSI)是大气环境监测卫星中的主要载荷之一,可以提供从可见光到长波红外的地球环境成像遥感数据。宽幅成像仪中搭载了从1.3~12.5 μm红外波段进行探测的8个波段碲镉汞红外探测器,各波段采用窄带滤光片进行分光,8个波段的碲镉汞探测器封装在短波、中波和长波3个组件中。本文中对8个波段的碲镉汞红外探测器进行了概述,内容涵盖了探测器的设计思想、制备工艺和测试方法,最后给出了目前在轨运行的高性能探测器组件的探测率性能和响应光谱,同时与各波段器件的探测率指标进行了对比。     

近红外在线检测硝胺推进剂主要固体组分含量

研究了近红外方法对硝胺推进剂主要固体组分含量进行在线检测的可行性。参照吸收药制备过程的搅拌分散条件,配制黑索金、硝化棉和水的混合体系并用光纤探头直接采集近红外光谱,以偏最小二乘法分别对黑索金、硝化棉建立定量校正模型,模型相关系数R分别为0.997 1、0.989 5;预测标准偏差RMSEP分别为0.096 8、0.111 0。运用上述模型对单个样品进行检测,从光谱采集到得出结果耗时小于30 s。实验表明,近红外方法快速、准确,具备在线检测硝胺推进剂主要固体组分含量的可行性。     

基于MNDWI水体指数的ASTER与ETM+影像交互比较研究

世纪之交以来相继发射的各种新型传感器给遥感领域带来了一个新的热门课题,即多种传感器影像之间的交互比较(Cross Comparison)。通过3对同日过空的ASTER与ETM+影像对,分别基于影像原始DN值、ICM模型反射率和IACM模型反射率数据来对这两种传感器影像的水体指数(MNDWI)进行综合对比,并提供了两种传感器MNDWI指数互为转换的关系方程。结果表明,ASTER与ETM+影像分别基于三类数据(DN、ICM、IACM)计算的MNDWI指数间,均存在很强的线性相关关系,决定系数都大于或接近0.9。精度验证表明,ASTER与ETM+影像MNDWI指数互为转换的关系方程具有很高的精度,其误差RMSE介于0.057～0.073之间;且以基于IACM模型反射率的结果最为稳定、精度最高。因此,推荐使用该模型数据来进行这两种传感器影像MNDWI指数的互为转换。     

SMOS与Aquarius卫星海表盐度测量方法及数据的对比分析

国际上发射的海表盐度遥感卫星主要有2颗:欧洲的SMOS和美国的Aquarius卫星,为给后续海表盐度遥感提供参考借鉴,对比分析了这2颗卫星的遥感器载荷、数据处理算法和盐度数据。遥感器载荷方面,SMOS采用L波段二维综合孔径辐射计,而Aquarius采用L波段实孔径辐射计加散射计;数据处理算法方面,分析了二者在介电常数模型、海面粗糙度校正以及反演算法方面的差异;盐度数据方面,分析了SMOS与Aquarius盐度数据之间的相关程度,并分别与ISAS(In Situ Analysis System)浮标盐度数据作对比,分析了2颗卫星的盐度数据精度。将2颗卫星的盐度遥感数据与ISAS浮标盐度数据对比发现,在全球范围内,Aquarius盐度测量精度优于SMOS;但在开阔海域,SMOS盐度测量精度优于Aquarius;而在近海岸区域,均出现较大的误差,且SMOS数据误差更大。     

日本先进的陆地观测卫星

先进的陆地观测卫星(ALOS)是日本的一颗高分辨率地球现测卫星。星上装有3种仪器:1)用于立体制图的全色遥感仪(PRISM);2)先进的可见光和近红外辐射仪-2(AVNIR-2);3)相阵L波段合成孔径雷达(PALSAR)。这3种仪器可用于制图、区域观测和自然灾害监测。为了充分利用遥感器获得的数据,ALOS卫星具有大容量数据处理的功能,并且装有下一代高分辨率遥感卫星所必须的精确测定位置和姿态的分系统。ALOS将在2002年用H-ⅡA火箭发射。     

航空侦察中使用离轴3镜式反射光学元件的多光谱传感器

文章描述了地基多光谱传感器的设计与试验,该传感器使用离轴3镜反射光学元件作为成像光学元件,使用分光镜划分谱段。离轴3镜光学元件可在宽视场范围内提供一个光谱范围宽、空间分辨率高的无遮挡视场。3镜式像散透镜由2个非球面镜和一个球面镜组成,设计构成远心焦平面。分光镜将光谱范围划分为3个可见光谱段、1个近红外谱段、1个中波红外谱段、1个长波红外谱段。中继光学元件用于调整红外放大系数。CCD探测器上具有10000个元件用于可见光和近红外谱段,碲镉汞(HgCdTe)线列上具有960个元件用于中波红外和长波红外谱段。 试验结果表明这种多光谱传感器达到了设计目标,具有宽的光谱谱段(0.4～10μm),可见光、近红外谱段视场为5.7°时的空间分辨率为10μrad,在中波红外、长波红外谱段视场为5.7°时的空间分辨率为100μrad。所有谱段在尼奎斯特频率时视场中心总的MTF高于0.3。     

基于Landsat-8/TIRS的红沿河核电基地海表温度反演算法比对

文章以红沿河核电基地周围海域为研究区,利用Landsat-8热红外遥感影像(thermal infrared sensor,TIRS),分别对辐射传输方程法、单窗算法、普适性单通道法和Qin劈窗算法等四种算法进行海表温度反演模型参数修订与数据处理。通过与实际观测温度数据进行精度验证与比对分析,寻求基于Landsat-8/TIRS数据的区域最佳温度反演算法。结果表明,辐射传输方程法均方根误差在1K以内,反演精度最高;Qin劈窗算法次之,均方根误差达到3K左右,反演精度较差,整体反演温度偏高;单窗算法和普适性单通道法均方根误差高于3K,反演精度最差,整体反演温度偏低。辐射传输方程法可作为红沿河核电海域温排水遥感监测首选算法。