IGDR数据用于高度计定标先期计算的可行性

针对拟开展的Jason-3卫星高度计定标试验,分析了利用IGDR数据先期计算定标结果的可行性。介绍了基于GPS浮标的直接绝对定标方法,设计了IGDR数据用于定标计算的可行性评估方法,利用经过全球4大定标站海域的数据比较了IGDR、GDR数据计算定标结果的差异。结果表明:通过两种数据计算的定标结果之间没有明显的系统性偏差,其差异的不确定性约为1cm;相对于传统定标站GDR定标结果 3cm量级的标准差,该不确定性对于定标结果的一致性影响不大,在定标试验中可使用IGDR先期进行定标计算。     

FY-1C/1D全球海上气溶胶业务反演算法研究

介绍了基于FY-1C/1D气象卫星数据进行全球海洋气溶胶反演的业务算法,主要论述了海上气溶胶反演的单通道算法基本原理.该算法的核心内容是建立气溶胶光学厚度查算表,该查算表基于6S辐射传输模式,在假定气溶胶模式条件下,卫星的表观反射率是卫星观测几何(太阳卫星角)和气溶胶光学厚度函数,最终由卫星观测表观反射率反演出气溶胶光学厚度.业务反演过程中还考虑到数据质量检验、云检测处理和太阳耀斑区去除等.利用该算法对FY-1C卫星自2001年起的部分资料进行反演试验,并在FY-1D卫星发射后投入业务应用,自2002年8月开始能实时得到每天和每月的全球气溶胶光学厚度产品.从两颗卫星两年多连续反演结果分析可以非常清晰地发现全球气溶胶主要排放源地和全球海上气溶胶分布的季节变化,与国外卫星反演结果十分接近.     

一套具有更高时空分辨率的全球海洋叶绿素浓度遥感融合产品数据集

认识海洋在全球碳循环中的作用及其对环境变化的响应，需要高时空分辨率的观测数据。由于轨道宽度、云雨天气、太阳耀斑等的影响，单一的水色传感器的观测能力十分有限，将多源海洋水色卫星进行融合是提高水色数据时空覆盖的一种有效途径。SeaWiFS和MERIS分别于2010年12月11日和2012年5月9日停止运行，在很大程度上降低了水色融合产品时空覆盖的提升。我们在融合过程中加入了FY-3 MERSI数据，生成了全球海洋叶绿素浓度遥感融合产品数据集。数据源包括SeaWiFS、MERIS、MODIS-Aqua、VIIRS和MERSI。结果表明：加入MERSI后，融合产品的日平均有效空间覆盖提高了9%；采样频率（同一区域一年中获取有效数据的次数）由57天/年提高到109天/年。利用实测数据和国外同类融合产品（ESA GlobColour和NASA MEaSUREs）对新的数据集进行了质量评价。与实测数据相比，加入MERSI的融合产品精度与未加入MERSI的融合产品基本一致；与国外同类融合产品的偏差小于10%。新数据集的时间序列特性与未加入MERSI的融合产品以及单传感器的一致。     

FY-3A/MERSI数据大气校正对海上溢油检测的改进

本文介绍了FY-3A/MERSI数据及其数据预处理方法.以2010年4月美国“深水地平线”钻井平台溢油事故为例,采用2010年4月29日16点30分(世界时)的FY-3A/MERSI 250m分辨率多光谱数据,基于ENVI/QUAC模块对溢油海域的卫星教据进行大气校正,并分析其对海上溢油检测的改进.研究结果表明,大气校正可以提高油水反差30％～120％,其中MERSI 1、2通道改善效果最明显,中心波长为865nm的近红外波段油水反差最大;通过对大气校正后油膜特征的分析,发现太阳耀斑反射是油膜在可见光/近红外波段呈现不同特征的关键因素,并计算油膜明暗特征变化存在的临界太阳耀斑反射率值.     

HY-2C卫星海面高度数据的质量分析

卫星海面高度数据对于监测全球海面高度具有重要的意义,所以卫星高度数据的定标和检验变得至关重要。海洋二号C（HY-2C）卫星是继海洋二号B卫星后的第二颗业务卫星,于2020年成功发射升空。然而,目前对HY-2C卫星高度计的数据质量了解甚少,所以对HY-2C卫星的海面高度数据进行质量分析具有重要的意义。本文以同期观测的HY-2B卫星和Jason-3卫星的地球物理数据（GDR）为参考,对HY-2C卫星遥感地球物理数据（SGDR）中的海面高度数据进行质量分析。结果显示,在星星交叉定标中使用3种常见的交叉定标插值方法对HY-2C卫星的海面高度异常数据进行自交叉点分析时,HY-2C卫星海面高度异常数据质量分析的结果不同。其中使用三次样条插值方法进行质量分析的结果最优,得到海平面高度异常差的平均值为0.03 cm,标准差为6.17 cm。此外,对HY-2C卫星和HY-2B卫星互交叉点海面高度异常差异的平均值为?0.47 cm,标准差为5.32 cm;HY-2C卫星SGDR与Jason-3卫星GDR的海面高度异常数据进行互交叉点分析,得到海平面高度异常差的平均值为?0.3 cm,标准差为5.32 cm,这些数据表明HY-2C卫星的测高精度与HY-2B卫星、Jason-3卫星一致。因此HY-2C高度计产品数据质量稳定,能满足海洋应用和科学研究的需要。     

干涉雷达高度计定标检验进展

卫星雷达高度计正从传统星下点的剖面测量向宽刈幅干涉测量发展,利用卫星观测二维的高分辨率、高精度海面高度正在成为可能,国外研究人员提出SWOT(Surface Water and Ocean Topography)干涉雷达高度计计划和我国新一代海洋科学卫星任务等计划有望实现海洋亚中尺度现象的观测。定标检验是评价卫星观测资料精度和质量的必要工作,传统高度计的定标检验均为基于验潮站、GNSS(Global Navigation Satellite System)浮标、有源定标器等方式的单点比对,难以满足干涉高度计的需求。目前国内外研究人员在干涉雷达高度计的定标检验中采用了全新的技术方案,并已利用机载试验和理论模拟开展了验证工作。对近10 a干涉雷达高度计定标检验的新技术方法进行介绍和总结,希望对我国的干涉雷达高度计卫星定标计划起到借鉴作用。     

利用FY-4A气象卫星观测海洋内波

随着遥感技术的迅猛发展,可用于观测海洋内波的数据源越来越丰富。本文基于静止轨道气象卫星连续观测的优势,开展了FY-4A气象卫星海洋内波观测研究。首先计算得到了FY-4A遥感影像耀斑区位置,并基于遥感影像对结果进行了验证;然后,以此为依据选择了适用于内波观测的FY-4A数据,对比了FY-4A与MODIS遥感影像成像的差异,表明了在一定条件下FY-4A遥感影像可观测到海洋内波;最后本文利用FY-4A遥感影像计算了内波的传播速度。本研究表明随着遥感器空间分辨率的提高,静止轨道气象卫星在海洋内波观测方面越来越体现出其优势,为海洋内波的研究提供跟踪观测数据。     

海洋观测数据的卫星传输链路—以Iridium传输链路应用分析为例

为了使全球性的海洋观测数据能够及时、可靠、准确地接收,介绍了基于卫星网络海洋观测数据传输链路的组成,对卫星传输链路的3个组成部分进行详细说明,包括:Iridium,Argos,Inmarsat和中国北斗四种卫星网络系统及比较分析,各卫星网络对应发送终端的分类分析以及陆地接收系统数据下载方式的比较分析。以Iridium网络系统为例,建设可实现全球覆盖的海洋观测数据卫星传输链路,完成现场观测数据的实时回传,为海洋观测数据卫星传输链路的建设提供示范,对比PSTN和M2M两种数据下载方式,通过实验分析,结果表明该海洋观测数据的卫星传输链路具备可行性和可靠性,可以进行业务化运行。     

基于现场的卫星高度计定标技术研究

卫星高度计数据的广泛应用离不开准确的现场定标检验工作。在青岛千里岩海上试验的基础上,分别使用GNSS浮标法和潮汐法对Jason-2卫星高度计进行了定标。其结果显示:(1)GNSS浮标法使用高精度GNSS数据处理软件GAMIT/GLOBK及其Track模块,对GNSS浮标数据进行高精度处理,得到的高度计偏差为+195.7 mm,该方法可以消除大地水准面和潮位的影响,精度较高;(2)在潮汐法中,利用FVCOM海洋模式模拟了千里岩周边的潮位,并对比了GNSS浮标测得的潮位结果,二者的标准偏差达到了1.3 cm,满足高度计定标的要求,结合EGM2008计算的大地水准面和平均动力地形,得到的高度计偏差结果为+150.9±35.1 mm,该方法受限较多,精度较差。但两种方法最终得到的高度计偏差与国际其他定标场的结果相当。     

面向光学遥感的先进光谱辐射定标技术

辐射定标是光学遥感信息定量化的关键技术之一,它的主要作用体现在(1)在工程研制到在轨运行的全过程中,确定和评估传感器的绝对响应;(2)建立不同平台、不同传感器的辐射量基准,保证相关时间和空间尺度下获得的地球物理数据可以相互比对、转换和融合;(3)通过动态监测,校正传感器的性能衰变,修正大气、照明条件和环境变化等对测量结果的影响,保证测量结果真实反映目标和背景的特征.结合我国空间光学传感器的发展要求,提出了实验室、星上和场地替代辐射定标的实施方案建议.实验室定标的主要作用是建立传感器的输出和已知的、用SI单位表述的入射辐射量之间的定量关系,星上定标能够长期地监测传感器响应的衰变,而场地替代定标可以验证传感器的辐射响应并进行多个传感器的交叉定标.通过这3种独立的定标手段的相互验证和比较,能够有效地提高环境光学遥感信息的定量化水平,保证卫星数据的质量.在综述和比较国内外先进辐射定标技术的基础上,提出采用标准探测器和标准辐射源相融合的辐射定标基本途径,来实现卫星传感器3个阶段的辐射定标,并讨论了技术实现的方案.     

A quantitative striping removal algorithm for HY-1 CCD data

Striping is a common phenomenon in remote sensing imagery acquired by most spaceborneand airborne multispectral sensors. In contrast to the destriping of the images of optoelectronic mechanical scanners, fewer work has been done for push-broom CCD images. Based on the characteristics of HY -1 push-broom multispectral CCD camera and its prelaunch radiometric calibration results, the striping features are analyzed and a quantitative striping removal algorithm is proposed. The algorithm is to obtain the inter-detector equalization curves to reflect the differences between detectors by statistic analysis of the satellite imagery data set, and image stripes arising from the nonuniformity of the detectors of the CCD array can be removed using the estimated equalization curves. The preliminary results show that this method can effectively remove the stripes and preserve the radiometric accuracy of the raw data at the same time.     

基于Kongsberg EM多波束的Snippet数据处理方法

多波束声呐记录的海底后向散射片段(Snippet)数据处理成角度响应曲线和地理编码(Mosaic)图像可以 帮助识别海底底质类型和反映地貌形态,这一过程包括辐射校正、角度响应改正(AVG)和几何地理编码,但不同的多波束系统硬件在辐射校正和角度响应改正方法上存在差异且传统处理方法忽略了声呐系统本身的指向性模型随时间变化的事实。以声呐方程为基础,针对Kongsberg EM 多波束系统提出了一套完整的Snippet数据处理流程,并分析了各步骤中存在的可变性,给出了每一步的处理建议,最后将此方法应用于EM2040浅水多波束实测数据,并验证了该方法的有效性和实用性。     

我国“海洋1”号卫星(HY-1)CCD图像数据定量化条带消除研究

条带(striping)对于大量的航天和航空传感器来说是一种普遍存在的现象,任何使用多个探测器进行数据获取的遥感器图像数据中均存在条带.目前消除条带的算法主要是针对光机扫描仪,对于CCD相机工作做得比较少.针对HY-1CCD线阵推扫式多光谱相机的特点,以及发射前辐射定标的结果,对遥感器图像数据中的条带问题进行了预研,提出了一种定量化的消条带算法.该方法根据卫星数据特性求出各探测器间的均衡化曲线以反映探测器之间的差异,并据此来消除条带.实验结果表明该方法能够有效解决CCD相机的条带问题,而且可以保持数据原有的物理意义,并可与在轨辐射校正衔接,保证发射前后定标算法的一致性.     

Surface suspended matter off the Rhone river mouth from visible satellite imagery

The quantification of surface Total Suspended Matter (TSM) off the Rhone river mouth is investigated using SPOT-XS and Landsat-TM images collected in November 1994. The method of satellite data calibration from in situ measurements is discussed. It is based on TSM concentration measurements through filtration of surface water samples and on radiometric data collected with a 256-channel spectroradiometer in the range 400–1100 nm. Empirical relationships between reflectance and TSM concentration are established by linear regression analysis of the data. These relationships are then applied to the image data corrected from atmospheric and surface effects. A good agreement, within a factor of less than two, was found on derived TSM concentration values as compared with sea truth data. The results for three different river flows are presented: a quasi-normal river discharge, a flood situation and an intermediate situation. The TSM corresponding concentration maps are presented and discussed.     

大太阳天顶角下水色卫星叶绿素遥感探测能力研究

本文利用考虑地球曲率的矢量辐射传输模型PCOART-SA，对大太阳天顶角下叶绿素浓度的卫星遥感探测极限能力进行了模拟研究。结果表明:太阳-传感器几何参数，尤其是太阳天顶角对叶绿素浓度变化的探测极限能力影响较大；大太阳天顶角下，卫星对叶绿素浓度变化的探测能力下降十几倍。在典型陆架水体（叶绿素浓度为1 μg/L），低太阳天顶角（30°）时，叶绿素浓度变化探测极限为0.012 8 μg/L（约为原浓度的1.2%），而大太阳天顶角（80°）时，探测极限为0.136 μg/L（约为原浓度的13.6%）。相比于太阳天顶角，观测天顶角增大造成的叶绿素浓度探测能力衰减较小。叶绿素浓度越高，吸收作用越强，对卫星遥感器的辐射探测灵敏度、定标及大气校正精度的要求越高。     

HY-2A卫星雷达高度计数据的全球统计评价及质量分析

自HY-2A卫星发射以来,针对HY-2A卫星雷达高度计产品的交叉定标、真实性检验及质量评估工作一直在持续开展。本文主要以HY-2A卫星高度计第44周期的IGDR产品数据为例,通过使用全球分布图、二维直方图和每日均值统计的方法完成了与Jason-2IGDR产品的比对验证,同时对主要环境校正参数及地球物理产品的数据质量稳定性进行了分析,结果显示高度计产品数据质量较稳定,此外利用HY-2A卫星升降轨交叉点海面高度差、与Jason-2卫星交叉点海面高度差以及沿轨海平面异常数据分析的方法进行了HY-2A卫星高度计观测系统的性能评估,结果显示,HY-2A卫星海面高度精度约为7.48cm,精度接近Jason-2,能满足海洋应用与科学研究的需要。     

适合我国青海湖环境的全自动水文气象浮标系统

对青海湖水文气象自动观测浮标系统的背景作了简要说明，详细地介绍了该系统的总体性能指标。总结了在青海湖特定环境条件下工作的浮标系统必须解决的两项关键技术问题，给出了2000年和2001年两次青海湖现场运行过程中的部分观测数据。展望了改进后的浮标系统，用于江河湖海水文气象参数的长期连续自动观测、用于遥感卫星海上辐射校正场的广阔前景。     

Optical moorings-of-opportunity for validation of ocean color satellites

Buoy-mooring platforms are advantageous for time-series validation and vicarious calibration of ocean color satellites because of their high temporal resolution and ability to perform under adverse weather conditions. Bio-optical data collected on the Bermuda Testbed Mooring (BTM) were used for comparison with satellite ocean color data in an effort to further standardize sampling and data processing methods for high quality satellite-mooring comparisons. Average percentage differences between satellite-measured and mooring-derived water leaving radiances were about 20% at the blue wavelengths, decreasing to as low as 11% in the blue-green to green wavebands. Based on a series of data processing methods and analyses, recommendations concerning rigor of quality control for collected data, optimal averaging of high-frequency data, sensor self-shading wind corrections, and instrumentation placement requirements are given for the design and application of optical moorings for ocean color satellite validation. Although buoy-mooring platforms are considered to be among the very best methods to validate ocean color satellite measurements, match-up discrepancies due to water column variability and atmospheric corrections remain important issues.