海洋激光雷达反演水体光学参数

研制了一套船载海洋激光雷达,用于探测海水光学参数垂直廓线。2017年8月,该系统在黄海海域进行了实验测量。在准单次散射模型中引入原位测量的光学参数,实现了理想激光雷达回波信号的模拟,并将该理想信号与系统响应函数卷积后精确复现了实验的激光雷达信号。采用Fernald后向迭代积分法(简称Fernald法),比较了不同水体悬浮物激光雷达比下反演的激光雷达衰减系数α与原位漫射衰减系数Kd的差别。基于停航时标定的水体悬浮物激光雷达比,采用Fernald法获得了走航时的激光雷达衰减系数。进一步地,提出一种基于米散射激光雷达数据和原位测量的后向散射数据的融合算法,模拟了高光谱分辨率激光雷达(HSRL)反演α的过程,并将其与Fernald法进行了比较。实验结果表明,自研的海洋激光雷达能够有效探测海水光学参数,基于合适的水体悬浮物激光雷达比的Fernald法可以有效应用于米散射激光雷达的反演,未来无需假设的HSRL在海水光学参数探测领域具有更大的优势。     

海洋激光雷达多次散射回波信号建模与分析

海洋激光雷达是实现上层海水3维探测的重要工具,激光在海水中的传输伴随着复杂的多次散射效应,建立准确的海洋激光雷达多次散射回波信号模型有助于实现海水光学特性的高精度反演。本文介绍了仿真海洋激光雷达多次散射信号的解析模型、半解析MC(Monte Carlo)仿真方法和传统MC仿真方法,定量对比分析了不同工作条件下3种模型的仿真结果,讨论了工作高度、接收视场角、水质和水体分层等因素对仿真结果的影响。研究表明:3种模型具有高度一致的仿真结果,但在计算效率方面,解析模型优于半解析MC法,半解析MC法优于传统MC法。解析模型优异的计算效率和可靠的计算精度使其在海洋激光雷达辐射传递机理及应用的研究中具有显著优势。     

利用北斗GEO卫星反射信号反演土壤湿度

提出了一种基于北斗GEO卫星反射信号的土壤湿度长期连续探测方法,建立了土壤湿度反演模型,给出了信号处理的一般流程,并搭建陆基接收平台进行了验证试验。该方法采用GNSS-R双天线体制接收处理北斗GEO卫星直射和土壤反射信号,在信号同步的基础上提取信号功率并计算土壤反射率,进而根据反演模型得到土壤湿度。以北斗GEO卫星作为信号源,该方法可以在信号处理中省去一般GNSS-R处理过程的定位解算环节,能够实现对固定区域土壤湿度的长期连续观测。试验结果表明,基于北斗GEO卫星反射信号的土壤湿度反演结果在时间和数值上均具有良好的连续性,与土壤湿度参考值相吻合,均方根误差达到0.049,较北斗IGSO和GPS MEO卫星在反演土壤湿度方面性能更优。     

基于三维大气探测激光雷达的大气颗粒物污染探测

激光雷达是一种监测大气颗粒物分布和传输的有效遥感手段，能够克服常规地面监测站零星分布、无法实现区域覆盖监测的问题。通过布设一台垂直探测激光雷达和一台水平扫描激光雷达，实现大气颗粒物的垂直结构探测以及半径6 km内水平分布情况监测，并结合斜率法和Fernald算法实现更加精确的水平方向消光系数反演，进而实现以三维数据分析颗粒物的传输、分布和浓度变化情况；并利用地面国控站点数据同水平消光系数进行相关性对比。结果表明，利用三维大气探测激光雷达能够有效地揭示城市地区较大区域内的颗粒物分布和传输情况，具有覆盖范围大、探测效率高的优点。     

偏振激光雷达探测大气—水体光学参数廓线

激光雷达在上层水体垂直廓线的遥感中展现出巨大优势。本文研制了一套高垂直分辨率的实时探测偏振激光雷达,提出了一种基于偏振激光雷达回波信号的反演算法,采用Fernald理论和多次散射原理反演非均匀大气—水体的衰减和退偏光学产品,以高效稳定地处理偏振激光雷达实验数据。展示了一个中国内陆水体激光雷达探测实例,观测到了两次气溶胶积聚现象和一次水体浑浊现象。对实验数据的分析表明,退偏比主要由前向多次散射和后向单次散射产生的退偏两部分组成。当多次散射强度较大时,退偏比的变化主要取决于多次前向散射退偏;反之,则主要依赖于单次后向散射退偏。     

投影相似变换的无人机影像拼接

针对当前无人机遥感影像存在的成像范围小、视差角度大的缺点,该文提出一种改进的投影-相似变换方法来进行无人机遥感图像的拼接:通过对初始获得的单应矩阵进行改进,平滑推导重叠区域的投影变换到非重叠区域形成相似变换;该变换同时考虑拼接过程中图像重叠区域的配准精度和非重叠区域的视场一致。实验结果表明,该方法的拼接性能优于传统拼接方法。     

基于数据库的任意区域DEM拼接与裁剪

随着地理信息技术的发展,人们期望在数字地图产品的应用中能够突破以图幅为单位的管理机制,实现对数字地图产品的自动拼接和裁剪,实现对3维可视场的无级缩放和无缝漫游等功能。而要实现这些功能,基于数据库的任意区域的拼接和裁剪技术实现是其中的关键。仅针对DEM的拼接和裁剪方法进行一些粗浅的尝试,提出基于数据库的任意区域DEM拼接与裁剪的实现思路和具体过程,以及针对不规则三角网(TIN)的裁剪方法。     

地面LiDAR数据模拟及单木LAI反演

地面激光雷达Li DAR可以快速获取高精度、高密度的点云数据,在植被结构参数获取方面的应用越来越广泛。为了定量分析地面激光雷达点云数据获取单木结构参数的能力和精度,本文提出利用光线跟踪结合植被真实结构模拟地面3维激光扫描仪的单木点云数据(以RIEGL VZ-1000为例),并结合间隙率模型反演单木叶面积指数LAI。在点云模拟过程中,充分考虑了脉冲特性,包括光斑大小、波束发射角以及回波探测强度。重点分析了光斑大小和最小探测强度对LAI反演的影响,并采用根河实测单木数据进行了验证。结果表明,光斑大小和最小探测强度的设定对于LAI反演结果存在很大影响,该结论对于提高地面激光雷达点云数据反演植被结构参数精度具有重要意义。     

一种非共线TDI CCD成像数据内视场拼接方法

星载非共线TDI CCD成像数据的高质量内视场拼接是保证影像后续处理和应用的基础。本文提出了一种非共线TDI CCD成像数据内视场拼接方法,该方法基于物方投影面和相机的传感器几何模型,建立了从拼接影像像点到原始影像像点的坐标转换关系,进而采用间接法影像纠正的方式对原始影像进行重采样生成拼接影像。本文在描述非共线TDI CCD严格成像几何模型之后,详细叙述了方法的基本原理、潜在的误差来源以及方法的实现流程,并通过ZY-1 02C卫星的高分辨率（HR）相机成像数据进行了试验验证,对拼接精度的分析与评价证明了方法的可行性。     

改进局部稀疏系数的轻小型光子计数激光雷达去噪方法

无人机载光子计数激光雷达测深系统具有高探测灵敏度、高密度、小光斑的特点，是海岛礁和浅海水深快速测量的重要技术手段。然而，高探测灵敏度也导致了获取的光子点云数据具有背景噪声大、信噪比与地物类型的相关性强以及光子的密度分布差异大，已有的去噪算法不能很好地适用。本文提出一种原始光子观测数据的去噪方法，首先基于直方图统计的方法计算原始光子观测数据的有效信号区间，其次利用网格统计法对区间内数据进行粗去噪，最后改进局部稀疏系数方法，采用水平椭圆搜索计算格网内每个光子数据的局部稀疏系数值，基于最大类间方差法确定噪声光子和信号光子的分隔阈值，实现原始光子观测数据的精去噪。本文选取了海南省的加井岛及临近的浅海地形为研究区，获取了无人机载光子计数激光雷达光子数据，验证本文提出的去噪算法。结果表明：该方法在高信噪比海岛植被覆盖区域和砂质潮间带区域的F1-Score均值达94.64%和98.96%，在低信噪比的近岸较浅和较深水体区域的F1-Score均值达93.04%和90.74%，总体F1-Score为94.34%，能有效剔除绝大部分噪声点，且对不同信噪比的海岛植被、沙地和不同深度的水下地形具有较强的适应能...     

FY-3C微波成像仪电视信号干扰识别和分析

由于卫星微波成像仪频率的非保护性,微波成像仪资料受到相近频率的无线电信号干扰影响,主要干扰源于洋面反射的静止电视卫星信号。为提高微波成像仪资料的准确性,尤其是洋面资料的可用性,对电视卫星信号干扰的检测和特征分析尤为重要。中国风云3号C星(FY-3C)上搭载了微波成像仪。本文使用标准化主成分分析法来识别FY-3C微波成像仪的电视卫星干扰信号,并分析电视卫星信号干扰的主要空间特征。研究表明,FY-3C微波成像仪中心频率为10.65 GHz和18.7 GHz的4个低频通道受到卫星信号干扰。10.65 GHz通道在欧洲海域英吉利海峡和地中海西部希腊沿岸地区受到电视卫星信号干扰,并且干扰信号位置和强度与FY-3C卫星和欧洲静止电视卫星相对空间位置有关;18.7 GHz通道主要受到美国电视卫星的干扰,在北美东、西沿岸海域都存在干扰信号。FY-3C微波成像仪在中国海域不受电信号干扰影响,主要因为中国静止电视卫星频率与微波成像仪各通道频率不一样。     

基于GPS新型L5信号的地表雪深反演研究

利用GPS多路径反射信号测量地表雪深具有全天候和高时空分辨率的特点，因此其可作为一种代替气象站监测雪深的新手段。然而，先前大多数研究仅使用了GPS L1和L2C波段信噪比数据探测积雪深度。为验证新型的L5信号在雪深反演方面的优越性，本文阐述了GPS-R技术反演雪深的原理，利用Lomb-Scargle周期图法所处理的受积雪表层影响的信噪比数据计算了频谱振幅强度，通过获取频谱特征值与天线高度的关系求解雪深值，最后分别与L1反演结果和实测雪深数据进行了对比。试验结果表明：与现有的GPS-R测量雪深结果相比，利用新型的L5反射信号反演地表雪深的精度更佳；采用GPS-R技术探测雪深对把握测站区域内的雪深变化情况和淡水资源储量具有重要价值。     

Remote Sensing of Sea Surface Wind of Hurricane Michael by GPS Reflected Signals

Introduction IthasbeenrecognizedthattheGPSreflected signalshavethepotentialuseforvariousremote sensingpurposesinrecentyears.Someofwhich aremeasurementsofseasurfaceheight,seasur facewindspeedanddirection,oceansignificant waveheight,oceansalinity,landsoilmo…     

基于多基线立体匹配技术的三维重建

介绍一种从多目视觉理论演化而来的多基线立体匹配技术,它具有短基线、多影像的特点,可以大大提高匹配的自动化和可靠性,快速实现物体表面三维重建,最后通过四组实验说明该技术的可行性和优越性。整个过程包括短基线相片获取、相片参数解算、多基线立体匹配、数据预处理和三维重建等。     

基于正交子空间投影的伪卫星远近效应消除方法CSCD

针对地基伪卫星系统中接收机受到远近效应影响无法正确捕获远场伪卫星信号这一问题,引入了基于正交子空间投影算法的捕获优化方法.该方法应用于码分多址伪卫星信号,通过常规滑动相关法得到的强信号码相位和多普勒频移计算正交投影算子,将接收信号与其在强信号空间的投影相减得到弱信号空间并重新进行捕获,以消除强信号对弱信号的干扰.实验结果表明:强弱信号在小于30 dB的功率比范围内,应用正交子空间投影法可以有效改善弱信号捕获性能.这对拓宽地基伪卫星系统的有效工作范围、提升伪卫星接收机信号功率比容忍限度具有重大意义.     

GNSS信号土壤衰减模型的试验验证方法

GNSS（global navigation satellite system）信号在土壤中的衰减情况对于研究GNSS反射信号的有效遥感深度具有重要意义。本文通过试验研究了北斗信号与GPS（global positioning system）信号在土壤中的衰减情况。在试验设计上将GNSS天线置入土壤中并不断改变天线上方的土壤厚度与湿度以采集GNSS信号的功率衰减数据,最后利用这些数据反演土壤湿度以对GNSS信号土壤衰减模型进行验证。试验结果表明,土壤能够使GNSS信号发生明显的衰减。土壤的湿度值与厚度值越大,GNSS信号功率衰减越严重。在黏土土质,土壤湿度为0.15~0.30 cm³/cm³的情况下,当土壤厚度达到21 cm时,GNSS信号功率已衰减至无法被GNSS接收机测出。进一步根据GNSS信号衰减模型反演土壤湿度,结果显示,模型在土壤厚度大于等于10 cm、卫星仰角高于50°的情况下较为精确,此时利用北斗B1信号与GPS L1信号反演土壤湿度的均方根误差分别小于0.04 cm³/cm³与0.09 cm³/cm³。     

机载GPS反射信号土壤湿度测量技术

随着全球导航定位系统反射信号(GNSS-R)技术的发展, 近年来提出了利用GPS地表反射信号遥感土壤湿度的新方法, 该方法利用地表反射率与土壤介电常数以及介电常数与土壤湿度之间的关系来建立反演模型。为了可以快速方便的利用DMR实测数据反演得到土壤湿度, 本文根据Wang和Schmugge模型建立了土壤介电常数与湿度之间的分段模型, 实现了从原始反射数据到土壤湿度结果的整个反演流程。为了验证反演的可行性, 利用NASA等机构联合进行的SMEX02试验机载数据反演得到的结果表明, GPS反射信号能够有效地反演     

Retrieval of chlorophyll from the sea-leaving radiance in the Arabian sea

Error estimates in chlorophyll retrieval in the sea from satellite data have always been higher compared to the errors in retrieval of sea surface temperature or wind speed from satellite data. This is due to the higher percentage of noise in optical signals compared to infrared or microwave signals reaching the satellite. The noise is introduced both at the sea surface itself and also while signal passes passage through atmosphere. In the present work, we have attempted to investigate the noise introduced at the sea surface. During the validation experiment of the optical sensor MOS-B onboard Indian Remote Sensing Satellite IRS-P3, simultaneous measurements of chlorophyll concentration and sea leaving radiance have been made along the satellite passes in the Arabian sea. The algorithms used in the present studies are not found to give satisfactory values of chlorophyll in about 30% of cases. The possible sources of errors in retrieving chlorophyll concentration have been discussed.     

Unbalanced AltBOC: a Compass B1 candidate with generalized MPOCET technique

With the proposed new GNSS signals, enhanced navigation performance is expected in both civil and military applications. However, these new signals introduce the difficulty of combining multiple signal components into a constant-envelope signal. For the Compass B1 band, the problem is to multiplex a QPSK(2) signal and a new multiplexed binary offset carrier (MBOC) signal with a center frequency difference of 14.322 MHz. One approach for multiplexing spreading codes is the phase-optimized constant-envelope transmission (POCET) method proposed for the GPS L1 band. However, only binary spreading codes are considered in POCET. We first generalize the POCET method as a multilevel POCET (MPOCET) algorithm for multilevel coded signals. A new implementation of the alternative binary offset carrier (AltBOC) generator is derived from MPOCET. Secondly, the multiplexing problem for Compass is modeled by MPOCET. Multilevel subcarriers of AltBOC are adopted in the model. As a result, an 8-PSK unbalanced AltBOC (UAltBOC) modulation, which has a QPSK(2) signal at the lower sideband and a TMBOC signal at the upper sideband, is obtained. Simulations for signal model validation and power spectrum analysis are conducted. Numerical results indicate that UAltBOC successfully combines the QPSK and TMBOC signals with only 0.16-dB additional combining loss compared to AltBOC. The proposed MPOCET technique is demonstrated as a unified multiplexing method for navigation signals.