偏振遥感的中性点大气纠正方法研究

地表物体具有较强的偏振特性, 因此可以作为偏振遥感的信息源。但是, 大气的偏振效应强于地表的偏振效应, 导致星载遥感器无法有效接收地表目标的偏振信息, 大气的起振与退偏效应成为偏振遥感对地表目标进行观测和应用的一个瓶颈问题。本文提出一种利用大气中性点对偏振遥感中地表偏振效应与大气偏振效应进行分离的方法, 通过天空中大气线偏振度为零的中性点区域进行对地观测, 目的是去除大气偏振作用, 进而最大限度地获取地表目标偏振信息。地面实验的结果验证了利用大气中性点进行大气纠正具有理论上的可行性。     

大气中性点区域偏振效应的地—气参量研究

随着中国多颗偏振遥感器搭载发射,偏振遥感成为对地观测领域一个新的增长点以及研究热点。由于大气散射具有较强的偏振效应,大气与地表偏振信号的分离是偏振对地进行有效观测和应用的一个现实问题与难点问题。本文利用晴空中有规律的偏振分布以及大气偏振中性点的性质,对利用大气中性点的偏振效应进行地表—大气偏振信息分离的可行性进行了论证。通过对大气中性点在辐射传输过程性质的计算,得出Babinet大气中性点区域的偏振效应以及基于Babinet中性点区域进行偏振对地观测的基本方法,研究重点阐述了从航空遥感和航天遥感两个层面对如何将大气中性点应用于遥感观测进行了讨论。结果表明:(1)Babinet中性点相比于其他两个中性点,更适合于偏振遥感对地观测中地—气偏振参量分离;(2)航空遥感搭载偏振传感器在Babinet中性点区域进行地表探测可以消除大气偏振,突出地物偏振信息,有效进行地—气偏振参量分离;(3)在太阳同步轨道的卫星遥感影像上能够有效识别偏振中性点区域;研究成果有效分离高分辨率偏振遥感地物反演中的大气偏振耦合效应,实现地表偏振反射信息最大化,对于偏振遥感的大气校正以及定量化水平的提升具有实践意义。     

大气程辐射遥感图像与城市大气污染监测研究

作为对地探测的遥感技术所获取的遥感图像包含了地面和大气信息,并且主要是地面信息.利用地面反射率分布图像将遥感数字图像中弱的大气信息与强的地面目标信息分离,生成仅仅包含大气信息的大气程辐射遥感图像.利用多(高)光谱遥感数字图像中不同波段的大气程辐射遥感图像可以不受地面干扰地对城市大气污染的类型和程度(气溶胶粒径和含量)进行遥感监测.在大气污染地面观测数据(可吸入颗粒物PM10浓度)的支持下,利用MODIS多光谱遥感数字图像生成的对应多光谱大气程辐射遥感数字图像,以上海市为例进行了城市大气污染遥感监测的原理方法研究.     

高分辨率定量遥感的偏振光效应与偏振遥感新领域

随着航空航天高分辨率观测手段的逐步成熟,定量遥感在有效解决了光学地表多尺度效应后,更高分辨率的光学偏振效应在地表、大气、仪器3大要素方面逐步全面凸显出来,并直接决定或影响高分辨率观测系统的定量遥感效能实现和质量保障。例如,植被冠层极其微弱的多次散射反射偏振效应,如果不加扣除其模型误差达到136%;大气衰减本质是大气偏振效应,是遥感反演的最大误差源,误差达到5%—30%,偏振手段扣除大气误差目前已可以降低一半以上的误差;观测仪器扣除多次散射透射偏振光后,可以实现5 nm分辨率下0.1—0.3 nm高光谱定标能力,并借助偏振强化光噪声分离出中心波长偏移和带宽退化的误差根源。借助偏振"强光弱化,弱光强化",能够实现稳定度达10~(-8)月球辐亮度基准观测,为遥感辐亮度定标不确定度由7%到1%—2%跨越提供可能。     

利用多源遥感数据反演城市地表温度

目前利用单通道热红外遥感数据反演地表温度的方法有大气校正法、单窗算法和普适性单通道算法,使用这3种算法反演地表温度时的一个关键问题就是需要获取大气参数。目前大气参数的获取主要根据近地表(地表2m左右的高度)的大气水分含量或湿度和平均气温的观测值来估计,这种方法只能获得个别点上的数据,而无法获取面上像元尺度的大气参数。本文利用多源遥感数据的优势,首先利用MODIS近红外数据,在像元尺度上获取温度反演中所需大气参数——大气水分含量,再利用同时相的Landsat ETM 影像,采用Jim啨nez-Mu oz和Sobrino的普适性单通道算法反演地表温度。研究结果表明,多源遥感数据的综合应用是城市地表温度反演的有效途径与方法,可获得较合理的地表温度反演结果。     

6S辐射传输模型在校正哈尔滨市遥感图像中的应用

由于遥感器在空中获取地表信息过程中,受到大气成分吸收与散射的影响,测量值发生辐射失真。本文通过分析大气成分对辐射传输的影响,探讨遥感图像处理中大气校正的方法。     

长春净月潭遥感试验场大气光学特性研究

中国科学院长春净月潭遥感试验场是对国内外开放的进行遥感实验研究的场地。为了高质量地进行对地定量遥感，必须了解该场上空大气气溶胶的光学特性，以便进行有效的大气订正。另一方面大气气溶胶本身也是遥感的对象。为提供这一背景性信息，本工作利用试验场所装备的太阳直接辐照光谱仪在１９９０年（无火山活动期）与１９９１年（强火山爆发期）两年进行的观测，经分析整理和反演推导，获得该站上空气溶胶引起的光学厚度（消光）谱和由此反演得到的气溶胶粒子谱分布。由于两年分别代表火山平静和活动期的情况，所得结果将为该地区遥感大气订正提供依据，同时可供其它北半球中纬地区参考。     

基于劈窗算法从ASTER遥感数据反演地表温度

应用卫星热红外遥感影像反演地表温度对于研究城市生态环境、气象过程具有重要意义,ASTER 遥感数据为此提供了有效的信息源。针对从 ASTER 数据中反演地表温度(LST)的需要,首先利用 MODIS 数据反演大气水汽含量,并模拟出大气水汽含量与大气透过率的关系,求得大气透过率,然后通过决策树分类结果和地物光谱特征计算出地表反射率,最后采用劈窗算法反演出地表温度。通过某市2个季节的试验表明该方法具有较高的精度,能够有效应用于城市热环境分析,为城市物理环境综合分析评价提供支持。     

Himawari 8 AHI数据地表温度反演的实用劈窗算法

地表温度是水文、气象、气候和环境等研究领域中的关键参数,利用热红外遥感可快速获取区域和全球高精度的地表温度数据。Himawari 8号是日本发射的新一代地球静止轨道气象卫星,星上搭载AHI(Advanced Himawari Imager)成像仪,具有更高的时空分辨率。利用AHI第14(11.2μm)和15(12.35μm)通道星上亮温数据,提出反演地表温度的实用劈窗算法,其中输入的发射率数据利用ASTER GED(Global Emissivity Dataset)v4计算得到。劈窗算法的系数由观测角度和大气水汽含量分区决定,其中大气水汽含量由两个劈窗通道直接估算得到。利用黑河流域生态—水文过程综合遥感观测联合试验(Hi WATER)4个站点的实测数据和中国7个湖泊中心点的MODIS地表温度产品对反演结果进行验证,结果表明,算法的均方根误差(RMSE)在3 K以内,达到目前常用遥感地表温度产品的精度。同时与利用MOD11C3 C6产品估算的发射率和温度反演结果进行对比分析,发现ASTER GED反演的结果具有更高的精度,适合用来生产高精度的地表温度产品。     

植被冠层立体结构与叶片倾角的偏振光效应

植被偏振特性研究对于植被监测与组分定量反演具有极其重要的作用。植被冠层的反射辐射具有偏振特性,这种特性与入射辐射和植被冠层结构相关。本文分析了偏振对光子—叶片—冠层之间细微相互作用及其变化的有效探测能力,并利用研究型扫描式偏振辐射仪RSP(Research Scanning Polarimeter)数据系统对比分析了偏振对不同叶倾角分布的估测。通过上述研究得出以下结论:(1)偏振观测能够对光线在冠层立体结构中的透射反射再出射过程给出精细刻画,若不用偏振手段对这一过程进行甄别并去除,则直接测算的植被散射系数会产生高达140%的误差;(2)利用偏振手段可以为高精度大倾角、多时相遥感观测提供可能,以此可改变目前光学遥感小角度、垂直观测的较严格约束;(3)偏振辐射呈现出随波长的稳定特性(相关系数0.96),使得利用偏振手段可以更好地研究冠层结构;(4)不同叶倾角分布对入射辐射存在不同的偏振反射,为利用多角度偏振信息进行遥感植被精细分类提供了新的途径。本文详细描述冠层结构和植被偏振特性的相互作用,通过对冠层立体结构与叶倾角的研究,刻画了植被定量遥感的方向性信息与高精度实现,为高分辨率遥感定量化的有效信息挖掘提供了新手段。     

大气校正对基于遥感指数提取藻华信息的影响

遥感技术使大范围实时监测蓝藻水华成为可能,但大气效应与太阳、地物及传感器的几何关系会影响辐射传输方程,从而对基于遥感指数的蓝藻信息提取产生影响,因此,探讨这些影响因子对藻华信息的提取精度有着积极意义。基于MODIS大气校正前后2种产品(MOD02和MOD09),利用单波段、比值植被指数、归一化差值植被指数和归一化水体指数4种遥感指数对2006年全年太湖藻华信息进行提取,并定量分析了气溶胶光学厚度、太阳高度角和卫星观测角等因素对遥感指数的影响程度。结果表明:比值植被指数与归一化差值植被指数受大气影响程度较其他二者低,且比值植被指数对大气因素的敏感性较归一化差值植被指数低;气溶胶的光学厚度与太阳高度角在不同程度上对指数提取结果造成影响,因此利用遥感指数提取藻华信息时需谨慎,以避免误判。     

扩展多波长偏振测量的太阳—天空辐射计观测网

太阳辐射和大气气溶胶的地基遥感观测在气候变化、大气环境和对地观测等领域有重要意义。结合多波长偏振测量技术在气溶胶观测中的应用,本文介绍了在中国典型区域建立的太阳—天空辐射计观测网SONET(Sunsky radiometer Oberservation NETwork)。主要内容包括:(1)多波长偏振太阳—天空辐射计的参数、基本原理和功能,以及据此建立的中国区域太阳—天空辐射计观测网及其站点的基本情况;(2)太阳直射、太阳主平面和平纬圈几何条件下,太阳—天空辐射和偏振的观测模式及其测量参数;(3)针对气溶胶、水汽等大气成分观测发展的太阳直射辐射、天空光辐亮度、线偏振度等观测量的定标和数据处理方法,并给出在晴朗和灰霾等天气下的SONET观测结果示例;(4)基于在SONET典型站点连续的较长期遥感观测,初步建立了城市、乡村和灰霾情况下的整层大气气溶胶参数模型。在扩展多波长偏振测量的基础上,SONET还发展了自动观测、快速数据处理、定期标定和维护等观测网运行关键技术,可为典型大气气溶胶模型构建、卫星气溶胶产品反演和验证、大气环境遥感监测等应用提供支撑。     

EO-1Hyperion高光谱数据FLAASH模块大气纠正及评价

由于受到大气的影响,传感器接收到的辐射信息不能真实地反映地表反射光谱信息,因此,从遥感影像中去除大气的影响,即进行大气校正,是高光谱遥感数据处理中极为重要的环节。文章介绍了EO-1hyperion高光谱数据的特点,以及用FLAASH（Fast Line of Sight Atmospheric Analysis of ...     

云偏振遥感综述

云是指停留在大气层中的水滴或冰晶胶体的集合体,也是地球上庞大水循环产生的有形结果,在全球气候中扮演着重要的角色。偏振遥感对光的辐射强度、方向、相位以及偏振状态等波谱特性进行描述,丰富了观测信息量,提升了观测信息的维度。为了更好地了解偏振遥感云的优势,本文对国际上发射的POLDER、APS、DPC等标志性的偏振传感器的特征和云反演算法进展进行了总结,涉及到相关偏振载荷参数信息、云参量算法的介绍和产品等相关内容,并就经典偏振云参量算法做了详细的总结和评价。随着国际上后续偏振传感器快速增加,对未来偏振传感器的发展方向和相关算法进行了展望。     

多角度NOAA卫星数据地面BRDF反射率的大气校正

本文利用连续数天的NOAA卫星数据，采用Rahman地表二向反射模型和基于地面BRDF反射率的大气校正方法反复迭代提取出多个角度大气校正后的图像，并对结果进行了分析。实验结果表明了在多角度遥感定量研究中BRDF大气校正的重要性，大气校正结果与地面实测结果相近，且迭代收敛迅速。     

HJ-1卫星CCD数据的大气校正及其效果分析

利用MODTRAN 4模型对地表-大气-遥感器之间的辐射传输过程进行模拟,模拟出对应大气参数下的表观辐亮度;利用模拟生成的大气校正查找表,逐像元对HJ-1卫星CCD数据进行大气校正;并从光谱曲线、与MODIS地表反射率产品比较、归一化植被指数(NDVI)三个方面,探讨了HJ-1卫星CCD数据大气校正效果.结果表明:(1...     

水色遥感中偏振信息的研究进展

介绍了目前水色遥感中,水面反射光的偏振特性及其应用与水体散射光的偏振特性及其应用的研究进展.着重分析了基于偏振原理的水面反射光的剥离、海面溢油偏振遥感探测与基于水体物质偏振信息的水质参数反演等几个问题的研究现状;总结了在水色遥感信息流中,大气偏振校正、气-水界面偏振描述、基于偏振水质遥感反演、传感器偏振响应标定等各个环节入射光与出射光的偏振改变与响应机制等几个关键问题.     

热红外遥感中大气下行辐射效应的一种近似计算与误差估计

在热红外遥感中,大气下行辐射效应很难处理,原因是地表双向反射分布函数很难精确描述。因此常见的处理方法是在如下２ 个假设前提下对该项作做简化计算： 一是假设地表反射为朗伯体特性,二是大气下行辐射在半球空间内取常数。该文提出了一种在地表为非朗伯体、大气下行辐射为非各向同性等一般条件下近似计算大气下行辐射效应的方法。通过数值模拟表明：（１） 所采用的方法可以在放弃２ 个假设的前提下,更精确地计算热红外大气下行辐射效应的数值,计算精度比２ 个假设前提下的计算方法至少提高２０ ．５３ ％ ;（２） 该方法所带来的误差是大气模式、遥感器视角和通道的函数。其中,通道４ 的相对误差比通道５大,同一通道中模式５ 的相对误差最大,但最大可能相对误差不到８ ％ ,且随扫描角的增大而减小;（３） 大气下行辐射效应项占总辐射亮度值之比例在±３０°视角范围内一般不超过４ ％ 。     

大气偏振模式图分布及仿生偏振导航技术

大气偏振效应不仅可应用于高分辨率定量遥感,其偏振场模式图还可作为偏振导航的信息源。大气偏振场模式图在不同时空与天气条件下对偏振传感器的导航精度有重要影响,天空偏振场图的精确获取与建模、测量精度与误差分析是研究的重要内容。本文从大气偏振模式图的分布和偏振导航传感器两方面介绍仿生偏振导航技术的研究进展。首先介绍瑞利散射理论、米氏散射理论和基于矢量传输方程的偏振模式图光场分布理论,总结了不同方法的适用范围;其次分别介绍日光和月光、陆地和海洋等不同时间、空间环境以及不同天气条件下的偏振模式图分布测试结果,并对比分析了理论仿真与测试结果的异同,同时又介绍了基于云解算的偏振模式图精度测试误差分析;最后通过介绍偏振导航传感器装置的发展历史和研究成果,指出偏振导航应用于组合导航中的广阔前景。目前,本课题组已研制的偏振光导航传感器室内精度可达0.1°,验证了天空偏振光场模式图的客观有效性,为高分辨率偏振遥感技术提供了技术证明。     

InSAR观测值大气改正方法的研究进展

介绍了国际上InSAR观测值大气改正方法最新的研究进展，应用实例证明了由于大气（尤其是水汽）的影响，传统的InSAR形变量的监测精度往往只能限制在cm级；而利用GPS数据，通过基于地形的GPS扰动模型（GTTM），大幅度削弱了大气对干涉影像的影响，并成功地探测出了美国洛杉矾地区明显的季节性地表形变，形变量精度可提高到5mm左右。通过与GPS／MODIS集成大气改正模型的结果的比较表明，GTTM和GPS／MODIS两种大气改正模型在削弱InSAR观测值大气水汽影响方面具有很强的互补性。