玉兔号月球车巡视点矿物丰度及粒径分布高光谱反演

矿物的类型、丰度及其粒径分布对理解月球和行星表面曾经存在过怎样的地质演化过程具有重要的意义。本文提出基于辐射传输模型和稀疏分解模型反演矿物丰度及其粒径分布的方法,利用辐射传输模型计算各矿物端元不同粒径的单次散射反照率以构建解混光谱库,然后基于稀疏分解算法得到在每个可观测像元的端元最优丰度和粒径分布。利用实验室测量数据进行验证,表明本文方法具有较高的精度。最后根据玉兔号月球车的实地测量光谱数据,利用本文方法获得了其矿物的丰度及粒径分布,结果显示,辉石、橄榄石、斜长石、熔融玻璃和钛铁矿的丰度在4个观测点的平均丰度分别为28.1%、4.5%、39%、28%、0.4%,辉石的平均粒径为166.02μm,橄榄石为8.34μm,斜长石为196.31μm,熔融玻璃为44.21μm,一定程度上表明在这些观测点不同矿物对太空风化的响应不同。     

火星表面含水矿物探测进展

火星表面含水矿物类型识别和空间分布特征研究对圈定火星表面生命活动有利区域和探索可能存在的火星生命形式具有重要科学意义。本文总结了20世纪90年代以来火星表面含水矿物的探测进展,从火星轨道器光谱仪遥感探测、着陆器和巡视器就位探测两方面介绍了矿物探测使用的数据源,重点阐述了目前火星表面已经探测到的各类含水硅酸盐矿物、硫酸盐矿物、碳酸盐矿物、氯盐及高氯酸盐矿物等含水矿物的光谱特征、矿物具体类别及分布特征,分析了火星表面含水矿物定量反演的主要方法与地质意义。最后从比较行星学角度倡议开展地球和火星含水矿物形成环境和形成过程的类比研究。     

火星伊西底斯平原的壁垒撞击坑：遥感分析及环境启示意义

伊西底斯平原是中国首次火星探测任务“天问一号”的预选着陆区之一,地表广泛发育指纹地形和壁垒撞击坑。壁垒撞击坑具有一层或多层流态化的连续溅射物,一般被认为是地下富含水/冰的地层（以下简称“地下水冰层”）与超高速撞击体作用的产物,是分析火星当前和过去地下水冰层的关键研究对象。基于高分辨率影像,本文采用影像解译、形貌分析、撞击坑统计定年等方法,开展了伊西底斯平原壁垒撞击坑的遥感综合分析。解译发现该平原目前共存在120个壁垒撞击坑,它们的最小直径为1.5 km,连续溅射物平均分布在撞击坑周围约1.3个半径范围之内,且外观不规则程度（弯曲度）高。采用撞击坑直径—频率分布定年方法确定了15个连续溅射物保存完整的壁垒撞击坑的绝对模式年龄（地质年龄）,发现它们全部形成于亚马逊纪。根据连续溅射物与指纹地形的空间叠加关系,本文推断构成指纹地形的锥状物形成于2.38—3.24 Ga（早亚马逊纪）。它们更可能是大量岩浆流过湿润或冰冻地面时下覆（融化）水分迅速气化而发生爆裂并冲破岩浆形成的无根锥/伪火山口。根据撞击坑直径和挖掘深度之间的经验关系,本文揭示伊西底斯平原有利于形成壁垒撞击坑的地下水冰层的平均埋藏深度至少稳定保持在1 km,并可能因火星自转倾角周期性变化对气候的影响而发生0.1 km的小幅上升或下降。本文研究成果对于重建伊西底斯平原地下水冰环境演变历史具有重要科学意义,并有望得到中国“天问一号”巡视器和轨道器次表层探测雷达探测结果的验证。     

热红外遥感火星矿物填图方法初步研究及应用

利用热辐射光谱仪（TES）数据,对火星进行热红外遥感矿物填图。通过对几种典型填图方法的简要介绍,结合火星环境及方法的使用条件,对填图结果进行简单比较,初步分析了填图方法的差异性,为火星矿物填图的进一步研究提供了基础,并为方法和模型的进一步改进提供了依据。     

融合数据内部变化信息的丰度估计算法

丰度估计(AE)是从高光谱图像中识别地物的关键预处理技术。由于线性模型的可解释性以及数学上的可操作性,基于该模型的线性回归技术CLR(Constrained Linear Regression)在丰度估计中受到了广泛关注。目前,该方法仅仅考虑到了估计数据与被估计数据之间的能量相似性,没有考虑数据内部的变化信息之间的相似性,比如一阶梯度之间的相似性以及二阶梯度之间的相似性。为了提高丰度估计精度,本文提出了融合数据内部变化信息的稀疏低秩丰度估计算法。首先通过增加一阶梯度和二阶梯度的约束项改进传统的丰度估计的数学模型。其次,通过采用范数不等式和优化理论证明了在约束条件下,该模型的有效性及该模型在相关领域的可拓展性。接着,采用辅助变量将改进的数学模型变为增强拉格朗日函数。最后,采用交替双向乘子技术ADMM(Alternating Direction Method of Multipliers)求解该模型并估计高光谱图像的丰度。经仿真实验和实际高光谱图像的实验证明该方法能够改善仿真数据和实际高光谱数据的丰度估计的效果,特别是当端元的丰度存在丰富的变化细节时,丰度估计的精度和抗噪性能均优于当前较流行的丰度估计算法。     

块状岩石矿物组分热红外光谱反演实验研究

针对地面研究用岩石的热红外光谱反演其矿物组分过程中,由于自然岩石内矿物组分分布不均匀,给确定观测区域内矿物组分的精确值造成困难的问题,该文采用块状矿物拼接的方法模拟自然岩石,使模拟岩石的矿物组分可以精确获取。进一步,针对模拟岩石制订旋转试样法观测方案,从理论上研究该方案存在的观测误差,并通过光谱解混验证其观测精度。     

干旱区土壤水分遥感反演与同化模拟系统研究

利用遥感反演和同化模拟方法估算大范围陆表土壤水分,建立了适用于干旱区的土壤水分反演模型。在.NET平台下运用C#、IDL与ArcEngine控件,对反演模型与同化模拟模型进行了软件实现,并集成为土壤水分遥感反演与同化模拟系统,为环保部门获取大范围土壤水分信息提供了支撑软件工具。     

附有病态约束矩阵的等式约束反演问题研究

讨论等式约束反演问题的求解方法,给出约束矩阵的病态性的定义及相应的评价方法,推导约束矩阵病态对反演结果的影响公式,通过简单的例子说明约束矩阵病态对反演结果的影响;采用处理约束矩阵病态的SVD方法.有效解决约束矩阵病态造成反演结果极不稳定的问题.最后设计多个反演方案进行计算,验证方法的有效性和可行性.     

小波分析在重力界面反演中的应用

基于Parker-Oldenburg反演方法,分析了低通滤波器B(K)的不同阈值对位场分离的影响。分别采用小波变换和低通滤波对青藏高原地区布格重力异常进行了位场分解和莫霍面反演,并将反演结果与地震资料作比较。结果表明,在重力位场分解中小波多尺度分解可以代替低通滤波器B(K),避免了阈值的选取。     

高斯混合模型在星载激光全波形数据反演树高中的应用

全波形激光雷达后向散射回波,通过分解返回波形获取多种地物属性信息,在森林结构参数反演方面具有显著的优势,但是,当波形变形或者存在饱和度和前向散射时,高斯分量参数确定不准确以及有效波形起始位置不准确,降低波形分解精度。本文采用高斯混合模型对波形进行拟合,利用期望最大算法估计混合模型参数,抑制高斯分量初值敏感问题,特别是在大范围树高估算且要求一定精度的时候,以确定波形分解并且反演树高。本算法基于C++编程实现,实验结果表明,高斯混合模型能较好地拟合GLAS波形数据且对树高提取精度提升明显,该方法有着很好的有效性、稳定性和精确性。     

高光谱遥感影像混合像元分解研究进展

受高光谱成像仪低空间分辨率及复杂地物的影响,高光谱遥感图像存在大量混合像元。为提高地表分类精度以及满足亚像元级目标探测的需求,混合像元分解技术一直是高光谱遥感研究热点之一。本文主要对高光谱混合像元分解技术中的核心问题:端元数目估计、端元提取算法、丰度估计算法进行综述,系统地分析了各种典型算法的原理及优缺点,进一步阐述研究过程中建立高精度遥感混合反演模型与遥感产品业务化中的混合像元分解技术难题,同时针对今后混合像元分解技术发展方向,指出在继续引入新型算法理论方法基础上,结合用户应用需求,推进高光谱混合像元分解算法业务化应用,为高光谱遥感工程化应用提供支持。     

压缩感知和万有引力模型相结合的高光谱混合像元分解

高光谱影像虽然具有较高的光谱分辨率,但因其空间分辨率低而普遍存在混合像元。混合像元分解是高光谱遥感应用的重要研究内容,包括端元提     

大亚湾近岸浅海马尾藻遥感信息提取

马尾藻对健康的沿海生态系统具有重要作用。遥感监测多针对开阔海域的漂浮马尾藻,对浅海底栖型马尾藻研究较少;技术方法大多基于经验模型,依赖大量实测数据。本文基于水体辐射传输过程,建立马尾藻遥感信息提取模型。大亚湾3个试验结果表明：(1)马尾藻丰度分布情况与野外调查数据基本吻合;(2)大亚湾的马尾藻在水域开阔程度高、水体交换条件良好、受一定风浪影响、水深小于1.6 m的环境条件下,长势更好,丰度更高;(3)水深、海浪作用是影响马尾藻生长分布的重要环境因子。本文方法对马尾藻资源的保护和海岸带生物多样性建设具有积极意义。     

Comparative analysis on utilisation of linear spectral unmixing and band ratio methods for processing ASTER data to delineate bauxite over a part of Chotonagpur plateau,Jharkhand, India

We have attempted comparative analysis of the utility of linear spectral unmixing (LSU) method and band ratios for delineating bauxite from laterite within the lateritic bauxite provinces of Chotonagpur Plateau, Jharkhand of India. This was attempted based on processing of visible–near infrared (VNIR) and shortwave infrared (SWIR) spectral bands of Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) sensor. In LSU method, spectral features of main constituent minerals of lateritic bauxite are used to decompose the pixel spectra to estimate the relative abundance of bauxite and laterite in each pixel to spatially delineate bauxite within laterite. We have also compared the bauxite map derived using LSU method with bauxite maps of two band ratios in terms of spatial disposition of bauxite. We also have attempted to relate the abundance values of pixels of LSU-based bauxite map with band ratio values of bauxite pixels of two selected bauxite indices.     

高光谱数据截断加权核范数稀疏解混

受仪器和观测条件限制,高光谱数据易受噪声污染,给数据解译带来挑战。针对传统稀疏解混模型抗噪性能差的问题,本文提出一种截断加权核范数稀疏解混方法,利用高光谱图像像元之间的相关性减轻噪声对丰度估计的干扰。该方法借助低秩表示在挖掘数据内在低维结构方面的优势,在稀疏解混中加入基于截断加权核范数的低秩约束,并结合加权稀疏技术,在稀疏正则项中引入空间邻域权重。截断加权核范数对丰度矩阵的奇异值向量分段处理,可以更好地实现丰度矩阵的低秩逼近,使丰度图像保持空间一致性并保留更多细节信息,空间加权策略则增强了丰度图像的空间连续性。模拟高光谱数据、Cuprite矿区真实数据和红树林高光谱数据实验表明,与其他先进的稀疏解混方法相比,所提方法具有更好的抗噪性,能够提高解混精度。     

基于光谱多尺度分割特征的高光谱混合像元分解

提高混合像元线性分解精度的一个关键点在于改善端元光谱矩阵的构成。本文提出一种基于光谱多尺度分割特征的混合像元分解方法。首先在分割段内离差平方和最小准则下,对高光谱影像的光谱进行多尺度分割,并以各分割段中对应像元的光谱平均值为光谱特征,最后以限制性的最小二乘方法估计出混合像元的组分。模拟与真实数据的实验结果表明,本文方法能够较大的提高遥感影像混合像元的分解精度,并且优于光谱维小波特征的分解。     

差分搜索的多线性高光谱图像解混研究

针对高光谱图像解混精度不高和全约束非线性解混耗时长的问题,该文提出了一种基于差分搜索的多线性高光谱图像解混算法。首先,引入多线性混合模型建立全约束解混目标函数,将多线性解混问题转化为最优化问题;再利用差分搜索算法的[0,1]搜索域与"和为1"边界控制机制满足丰度约束条件,从而简化全约束解混目标函数;最后,对简化后的目标函数进行迭代优化求解,进而实现多线性高光谱图像解混。实验结果表明:该算法在保证解混精度的同时减少了全约束非线性解混时间,能够取得较好的解混效果。     

高光谱影像混合像元分解比较研究

遥感混合像元分解,作为一种遥感分类与制图的方法,具有其独特的优势.利用新疆阜康地区的Hyperion遥感影像,在ENVI/IDL软件运行环境下,分别采用沙漏算法,SMACC算法和体积法进行端元提取,并对3种方法进行了比较分析,从中选择符合实际的沙漏算法提取的端元,作为最终端元.在此基础上,分别运用最小二乘法、OSP算法...