高分辨率卫星颤振探测补偿的关键技术方法与应用

卫星平台颤振是高分辨率卫星在轨运行普遍存在的复杂现象,会影响卫星的测图精度和成像质量。本文提出了综合多传感器数据处理的卫星颤振探测与补偿技术方法,根据多光谱影像、三线阵影像、密集地面控制和姿态测量数据进行了颤振探测,采用像方补偿和姿态补偿两种方式进行了颤振补偿。利用本文提出的技术对资源三号卫星的平台颤振问题进行了处理和分析,试验结果验证了所提出的方法用于颤振探测与补偿的有效性与可靠性。颤振变化规律分析表明资源三号卫星颤振的频率保持在0.6~0.7Hz的范围内,而颤振幅值从在轨早期的1个像素下降到0.4个像素以下并趋于平稳。     

集群微波遥感卫星稀疏随机分布构型成像

随着对空中/空间目标实时高分辨探测成像的需求日益增长,利用新概念集群体制的微波遥感卫星实现该需求的方式越来越受到重视。针对目前和未来一段时间,我国遥感卫星组网构型呈现的稀疏随机典型特征,本文提出一种基于压缩感知理论的高分辨目标实时成像方法。该方法依托卫星自身特点(稀疏随机构型等约束条件),在不改变目前多颗在轨运行微波遥感卫星相对集群分布状态的前提下,为实现目标的高分辨实时探测提供了一条可能的途径。     

微振动对刚体空间相机图像质量的影响分析

航天光学遥感卫星的在轨微振动会对空间相机的成像质量造成影响。本文首先提出一种划分高频、低频振动的方式。然后将空间相机看做刚体,按照微振动带来相机位移、相机位移引起图像像移、像移导致MTF下降的顺序逐层进行分析,形成微振动对刚体空间相机成像影响的数学模型。最后提出一种空间相机对微振动的振幅要求的计算方法。     

量子卫星暗空间背景载荷测试时段仿真分析

量子卫星上的有些载荷器件对空间背景光较敏感。空间背景光来源主要有地球、月球等。量子卫星在轨运行期间,它与月亮、地球等天体相对位置的变化,使得量子卫星工作轨道上空间背景光分布是随时间变化的。考虑了主要空间背景光源的影响,对量子卫星暗空间背景载荷测试时段进行算例仿真、分析,为量子卫星顺利开展在轨测试和实验提供了技术支持。      

基于可展开式太阳漫反射板的星上相对辐射定标

相对辐射定标的目的是降低或消除由于探测元件之间响应差异引起的图像高频竖向条纹或条带噪声,是遥感数据定量化应用的前提与基础。针对可展开式太阳漫反射星上定标装置,本文提出利用漫反射板收拢过程一次成像的星上相对辐射定标方法。通过卫星机械结构驱动漫反射板收拢调整传感器入瞳处太阳入射能量,获取覆盖传感器全部灰度动态范围的星上定标图像,采用直方图匹配算法解算相对辐射定标系数。为了验证本文提出的方法,利用在轨运行的吉林一号光谱星多光谱仪进行星上相对辐射定标实验,测试定标系数对原始图像的校正效果并定量分析相对辐射定标精度,实验结果表明定标系数能够有效消除全色与多光谱谱段地物原始图像的竖向高频条纹与条带噪声,定量分析的结果表明本文提出的方法在传感器灰度响应的全动态范围均能达到较好的校正效果,谱段相对辐射定标精度优于2%,为卫星在轨运行期间进行定量化遥感应用提供可靠保障。     

风云三号C星SEM高能粒子数据检验及应用

风云三号C星(FY-3C卫星)空间环境监测器(SEM)可监测轨道高度上的高能带电粒子(质子、电子和重离子)辐射环境及其引起的辐射剂量和表面充电等空间天气效应,是空间天气监测预警业务不可或缺的自主数据源之一。为验证FY-3C卫星高能粒子探测数据的有效性,需开展数据的定量检验工作。本文采用与同类卫星同类数据进行交叉比对的方式来进行检验。首先,根据一定的假设条件,对比对数据进行归一化处理,尽量消除不同卫星间观测时间、空间(星下点经、纬度和高度)、方向和能量范围等差异对高能粒子分布的影响,然后进行比对,最后计算比对数据间的相关系数、斜率和标准偏差等统计参数,并据此评价比对数据的一致性。通过空间天气平静期高能质子和高能电子与NOAA-18和FY-3B卫星数据的交叉比对可以看出,FY-3C卫星高能粒子数据与比对卫星数据具有较好的一致性。由于工作原理和技术指标相同,FY-3C与FY-3B卫星高能粒子数据的一致性更好,也证明了载荷技术状态的稳定性。通过对太阳质子事件和高能电子暴的观测实例证明,FY-3C卫星高能粒子数据能够准确地反映空间天气扰动事件的特征和强度。以上结果表明,FY-3C卫星高能粒子数据可信度较高,能够用于空间天气监测、预警以及研究工作。     

TDI行积分时间跳变对视差的影响及纠正方法

TDI-CCD相机是当今高分辨卫星系统的主要成像载荷。由于TDI的特殊成像机理,为了确保图像清晰,需要在轨实时调整每一行积分时间。这里以天绘一号多片交错式TDI-CCD高分辨相机为研究对象,推导了行积分时间跳变与相邻CCD重叠区同名点视差变化的关系,表明由于行时跳变造成的同名点错位最大可达6像素。针对存在行时跳变的卫星影像,可以在沿轨方向以行时均衡为标准进行一维重采样,实验表明该方法可以较好地消除行时跳变造成的视差错位,从而为高精度的影像拼接创造条件。     

辐射产品的卫星影像内部畸变几何标定

针对卫星发射以后,由于外部太空环境的变化和相机光学系统的径向畸变导致卫星成像影像的外部误差和内部畸变,须对光学遥感相机长期周期性地进行几何标定消除卫星影像系统误差和相机指向角误差提高卫星影像几何定位精度的问题,该文从简单易行的角度出发,基于相机的CCD固定偏差原理构建一种新型的模型或内标定算法消除影像的内部畸变,以经过畸变改正的卫星影像辐射产品为参考控制,采用亚像素匹配法构建内部畸变模型修正卫星遥感影像的内部畸变,并分别以不同侧摆角和影像行数的SJ9A和ZY3为实验和参考控制数据构建和验证新型标定模型的有效性和实用性。     

温室气体星载被动遥感探测载荷研究进展

应对CO₂和CH₄等温室气体含量增加导致的全球气候变暖问题,促进碳减排已成为全球共识。建立完善的碳监测体系,利用星载平台进行被动遥感探测是当前温室气体观测的主要手段之一。本文以在轨成功应用的星载被动遥感探测载荷3种技术体制为基线,介绍了有效载荷的仪器指标,分析比较了各种技术的优缺点,结合未来温室气体探测计划,总结了温室气体星载被动遥感探测的发展趋势。将高分五号卫星大气主要温室气体监测仪在轨表现与新型干涉成像光谱技术相结合,分析其在高光谱分辨、高信噪比基础上进一步实现高空间分辨率的可行性,为研制具有实时动态、不同细分程度区域的碳监测能力的下一代温室气体载荷提供可能。     

海洋一号D卫星海岸带成像仪偏航90°相对辐射定标

海洋一号D (HY-1D)卫星搭载了一台海岸带成像仪CZI (Coastal Zone Imager),由两台三反离轴相机组成,成像仪同时采用了视场拼接和光学拼接两种拼接方式。由于CZI高达63°的视场角,相机边缘畸变明显,其所成偏航90°影像存在明显的非线性畸变。本文针对HY-1D卫星海岸带成像仪的结构特点,提出了一种基于探元邻接关系的偏航数据自动标准化方法,有效地改善了海洋一号海岸带成像仪偏航图像非线性畸变的问题,保证了线阵电荷耦合器件CCD (Charged Coupled Device)探元对同一地物成像的理论前提。利用HY-1D海岸带成像仪偏航90°辐射定标数据计算获得相机相对辐射定标系数,对卫星正常推扫影像进行相对辐射定标实验,并利用在轨统计法进行对比实验。使用本文方法利用偏航辐射定标数据进行相对辐射定标后,陆地场景下传感器所有探元最大条纹系数优于0.33%,平均条纹系数优于0.04%,中位数条纹系数优于0.03%;海洋场景下传感器所有探元最大条纹系数优于0.48%,平均条纹系数优于0.07%,中位数条纹系数优于0.06%,各项指标均优于基于大量数据统计的在轨统计法。实验结...     

Land-surface temperature retrieval at high spatial and temporal resolutions based on multi-sensor fusion

Land-surface temperature (LST) is of great significance for the estimation of radiation and energy budgets associated with land-surface processes. However, the available satellite LST products have either low spatial resolution or low temporal resolution, which constrains their potential applications. This paper proposes a spatiotemporal fusion method for retrieving LST at high spatial and temporal resolutions. One important characteristic of the proposed method is the consideration of the sensor observation differences between different land-cover types. The other main contribution is that the spatial correlations between different pixels are effectively considered by the use of a variation-based model. The method was tested and assessed quantitatively using the different sensors of Landsat TM/ETM+, moderate resolution imaging spectroradiometer and the geostationary operational environmental satellite imager. The validation results indicate that the proposed multisensor fusion method is accurate to about 2.5 K.     

天宫一号高光谱成像仪系统光谱辐射校正

针对天宫一号高光谱成像仪工作原理与数据特点,提出了可见—近红外波段高光谱成像仪,短波红外波段高光谱成像仪的系统光谱辐射校正方法,给出1级标准产品数据生成流程.该过程包括:背景噪声扣除,相对与绝对辐射校正,坏列检测与修复,光谱smile校正.最后,面向光谱辐射校正后数据存储给出了数据放大系数.为天宫一号高光谱数据的标准化产品生产提供了技术支撑,为天宫一号高光谱成像仪的在轨运行、民用示范与定量化应用提供了重要基础.     

若干高光谱成像新技术及其应用研究

高光谱成像数据已广泛应用于地质、海洋、农林、水文、城市、环境和军事等领域,对经济的可持续发展发挥了促进作用。随着研究的深入和应用的拓展,对高光谱成像系统的技术要求呈现多样化趋势。本文简要回顾了国内外高光谱成像技术的主要发展历程,依次阐述了运动补偿高光谱成像、紧凑型热红外高光谱低温光学、宽谱段一体化机载高光谱集成、基于AOTF分光的凝视型高光谱成像以及阶跃集成滤光片等具有代表性的高光谱成像关键技术,并简要介绍了这些新技术在天宫一号、嫦娥三号等国家重大任务中的应用情况。     

珞珈一号01星夜光遥感设计与处理

珞珈一号01星是兼具遥感和导航的一星多用低轨维纳科学试验卫星,本文针对珞珈一号01星夜光遥感设计与处理,详细介绍了卫星平台的有效载荷及平台设计;面向科学的试验目标,制订了科学的夜光成像任务计划,实现了全国夜光一张图任务规划;提出了面向珞珈一号01星的在轨几何辐射定标模型;研制了支持WEB端及移动端访问的数据共享服务系统;针对夜光遥感数据在社会经济应用问题,提出了发展指数和未来发展指数的珞珈一号指数模型,并通过相关实验验证了模型的有效性。珞珈一号01星可为社会经济参数估算、重大事件评估、渔业监测、国家安全等领域提供技术支撑。     

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。     

北斗卫星太阳光压解析模型建立及应用

光压模型是导航卫星高精度定轨、定位的基础。目前关于北斗卫星光压摄动模型的研究并不少见,但基于卫星物理参数的综合解析模型建立与应用公开可见的论述并不多见。不同于其他保守和非保守摄动力,光压辐射与卫星本身参数状态密切相关,具有明显的个体差异性。本文基于光压辐射的物理机理、北斗卫星物理参数、姿态控制模式等,建立光压摄动综合解析模型,以精密星历和激光测距数据为基准,验证了综合解析模型能够获得分米级的精密定轨精度。在此基础上,根据卫星角动量守恒和在轨遥测参数变化,分析了综合解析模型和在轨实际干扰力的差值,提出了在综合解析模型基础上增加常数经验修正项Da、Ya的方法,以北斗C08、C10星为例,分别可获得0.078、0.084 m的SLR检核精度,相比于利用CODE经验改进模型,精度分别提高0.021、0.045 m。     

风云三号D星天基BDS实时定位性能分析

随着北斗三号卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system-3, BDS-3)开始向全球提供导航服务,独立使用BDS为在轨运行的卫星提供全球覆盖、全时段的定位服务成为可能。结合风云三号D星(FengYun-3D, FY-3D)全球卫星导航系统掩星探测仪(global navigation satellite system occultation sounder, GNOS)的真实在轨数据对天基BDS的定位性能进行了详细的分析。首先,使用BDS真实广播星历计算了在不同轨道高度下的可见卫星数和定位精度因子（position dilution of precision, PDOP）,并结合精密星历分析了广播星历的轨道误差、时钟误差及空间信号测距误差(signal-in-space range error, SISRE)。仿真结果表明,在95%的置信水平下,从地面到2 000 km的轨道高度,BDS在全球范围内最小可见卫星数为6,最大PDOP小于5,星座可用性已经达到100%,全球平均可见卫星数BDS比GPS(global positioning syste...     

CX-6(02)微纳卫星超分辨率成像

面向微纳卫星高分辨率对地遥感,将超分辨率成像应用于中国整星60公斤级的CX-6(02)微纳卫星设计中,解决因体积和重量限制导致传统长焦距、大口径成像载荷无法应用于微纳卫星的问题。图像获取上,采用高帧频面阵CMOS探测器对同一地物目标多次曝光的方式,利用卫星姿态控制偏差和地速补偿来获得多帧具有亚像元位移的图像;超分辨率重建算法上,在变分贝叶斯框架下提出加权双向差分模型,提高先验概率模型的方向约束性,削弱观测方程求解的病态性。CX-6(02)星成像数据实验结果表明,本文的图像采样方法可获得较为充分的亚像元信息;相比传统的L1范数先验和全变分先验的变分贝叶斯超分辨算法重建结果,本文重建结果对反卷积运算导致的噪声放大具有更好的抑制作用,可获得两倍分辨率提升,有效提高数据质量和应用价值。     

北京地区HJ-1卫星CCD数据的气溶胶反演及在大气校正中的应用

与现有的大气卫星传感器相比,环境一号卫星(HJ-1)CCD相机具有较高的空间分辨率(30m),使得在城市地区找到光谱纯像元的机率大大增加。本文提出一种基于纯像元提取的城市地区气溶胶光学厚度(AerosolOpticalDepth,AOD)反演算法,利用像元纯净指数来提取CCD影像上的纯像元,并由HJ-1A星和B星的多时相CCD观测数据结合地表双向反射率模型确定纯像元的地表反射特性,在此基础上反演AOD。与AERONET地基测量数据的对比表明,该算法具有较高精度,相关系数为0.83,线性拟合斜率为1.091,截距为0.053。基于该方法的AOD反演结果作为输入,能较大程度提高HJ-1卫星CCD影像大气校正的精度。     

RESOURCESAT-1 LISS-4 MX bands onground co-registration by in-flight calibration and attitude refinement

RESOURCESAT-1 satellite was launched in October of 2003. Since then it has been consistently providing high quality 5 m monochromatic and multispectral images of same resolution. LISS-4 MX sensor has complex acquisition geometry. It operates in three spectral bands imaged by 3 CCD arrays, which are separated by a finite time in imaging along the satellite track direction. Individual band data is acquired at different times while the satellite is driven by a pre-determined yaw profile. In addition, the odd–even pixels are too shifted by a small fixed delay in time. A unique challenge in LISS-4 MX Level-2 data processing sub-system is to autonomously rectify and additionally co-register the three bands data because of the influence of orbit and attitude in the time gap in the imaging sequence. In this paper, authors bring out details of in-flight calibration arrived for LISS-4 MX sensor. It addresses parameterization of co-registration problem by doing sensitivity analysis of the geometric model parameters to achieve co-registration among all bands. This approach can also be used for other sensor system having similar imaging geometry to achieve improved image co-registration among bands.