基于室内光谱测量的玉米单叶偏振与二向性反射关系研究

本研究利用多角度光度计实测了玉米单叶的偏振反射比与二向反射比数据。该光度计能够在不同的观测天顶角、入射天顶角和方位角下测量目标物的偏振反射和二向反射,获得地物目标在2π空间的多角度观测数据。通过分析实测的偏振反射和二向反射数据,得出了玉米单叶的偏振反射与二向反射之间关系密切,最大与最小偏振反射比之和的平均数约等于同等观测条件下玉米叶片的二向反射比。该研究成果为植被遥感监测做出了一种新的尝试,并且对偏振光遥感、多角度遥感的深入研究与应用提供了依据。     

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。     

基于多时相多极化差值图的稻田识别研究

提出了一种基于多时相多极化差值图的稻田识别方法,该方法在简化稻田识别算法的同时,仍具有较好的稻田识别精度.以江西省高安地区的早稻识别为例,利用两景ENVISA ASAR交叉极化模式数据(VV/HH)计算了同时相多极化差值图和同极化多时相差值图.由于稻田含有水层和水稻的垂直株型等属性特征,稻田在两时相上VV极化和HH极化后向散射差异都很大,且与其他地物具有明显差别,因此利用同时相多极化差值图可以很好地分辨出稻田来;从时间变化看,HH极化雷达波对水稻生长和稻田的变化比对其他地物的变化更敏感,使稻田分布信息在HH极化多时相差值图中反应突出.而VV极化对地物的时相变化不够敏感.因此,建立最优差值图组合,分别采用阈值分类方法和监督分类方法对差值图组合进行分类提取稻田.通过比较分类结果,认为基于统计分析的监督分类方法更好,其稻田识别的精度达到84.92%.文章最后对提出的稻田识别方法及分类结果进行了分析.     

偏振多光谱机器视觉的高反光无纹理目标三维重构方法

随着摄影测量及机器视觉技术的迅速发展,对三维重构的普适性有了更高的要求。对于表面光滑、纹理单一甚至缺失的高反光非金属目标,传统的三维重构方法由于对纹理及反光特性的依赖使得此类目标的重构表面出现大面积的数据空洞。针对这一问题,本文提出了基于多光谱偏振的三维重构方法,将摄影测量与机器视觉进行融合,通过获取目标精确的偏振光谱特征实现准确的三维重构。该方法不依赖于物体表面的纹理信息,并且可以解决仅依靠菲涅尔理论无法实现天顶角和折射率同时估计的问题,最终实现天顶角和折射率的联合估计。由于杂散光和漫反射光在不同波段具有不同的偏振特性以及光谱特性,可完成对目标进行耀光去除的预处理,使得后期的三维重构的精度有较大的提高。基于偏振多光谱的目标三维重构方法是摄影测量与机器视觉融合后三维重构的引导性进展,具有更广泛的应用范围。     

线性光谱混合模型的适用观测尺度分析

线性光谱混合模型是目前应用最广泛的光谱混合模型,但由于遥感观测多分辨率的特点,模型的适用性会受到尺度效应的影响。为探索该模型在不同观测尺度下的适用程度,本文从地物辐射原理出发,通过理论推导微面元辐射通量表达式,得出地物辐射通量除了与端元反射率和面积比有关外,也与天顶角存在显著的非线性关系。因此,在线性光谱混合模型和微面元辐射通量的基础上,推导了更具普适性的积分线性光谱混合模型的表达式,再采用数值模拟的方法,计算了两模型的相对差值Δρ,结果表明Δρ的大小仅与探测单元的半瞬时视场角β有关,并通过实测光谱实验对上述推论进行了验证。研究表明,当β13°时,Δρ较小,线性光谱混合模型是积分线性光谱混合模型的一种近似表达形式,β完全可作为确定线性光谱混合模型适用观测尺度的关键依据,并且该模型的适用程度随β的增大而降低。     

水面溢油的多角度偏振与二向性反射定量关系研究

水面溢油是最常见的水体污染源之一,在反射、散射和透射电磁辐射的过程中,将表现与它们自身性质有关的偏振特性。因此,对水面溢油的多角度偏振信息探测成为水体定量遥感的一种新手段。偏振反射是伴随目标的二向性反射而产生的,在探测目标地物的二向性反射的同时,可以通过起偏器获得目标地物偏振态的三维空间分布。本文从多角度偏振遥感机理的角度出发,研究了水面溢油的多角度偏振反射与二向性反射之间存在的定量关系,并从实验上验证了其二向性反射、45°偏振、偏振均值三者在2π空间的相应方位角、天顶角、探测角以及通道上的反射比均相等。     

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。     

GPS／BeiDou 组合单点定位的定权与结果分析

利用Helmert方差分量估计方法为GPS/BeiDou组合单点定位不同系统观测值定权,获得了合理的权值。分析了开阔环境和遮挡环境两种情况下的动态GPS/BeiDou组合单点定位的精度。结果表明：在静态观测和动态观测中,组合单点定位与单独G PS单点定位相比精度有显著提高。     

利用三频组合观测值的GPS周跳探测与修复

本文分析了GPS三频组合观测值在波长、电离层误差和偶然误差等方面的特性,并定义了衡量其特性的3种指标;结合传统的伪距/相位组合法,探讨了三频组合观测值探测与修复周跳的原理和方法。利用模拟的L5观测数据,进行了多种情况下周跳的探测与修复。结果表明:该方法能在单历元间准确探测出各个频率上发生的大、小不等的周跳。相对于原始观测值,长波长的三频组合观测值可以更有效地探测与修复周跳。     

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。     

多角度偏振遥感在水体油污染监测中的优势分析

为了更好地进行水体油污染监测,首先简要介绍了多角度偏振探测技术,然后着重分析了水体油污染目标的偏振特性,同时从目标地物反射光谱的偏振探测机理出发,讨论了它们偏振光谱的空间特征,并总结出3条普适规律.结果显示:偏振光谱信息与强度辐射光谱信息相比,目标地物间反射光谱的微小差异得到了增强,且在大角度入射时,增强效果更为明显....     

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。     

GPS/GLONASS/BDS组合的RTK模型与精度分析

针对RTK技术在观测条件不佳的情况下定位精度和可靠性问题,该文对GPS/GLONASS/BDS三系统组合RTK模型进行了探讨并给出了观测值域与法方程域组合RTK模型。其具体实现过程为:观测值域组合RTK模型即是对多系统的双差观测值直接进行叠加求解得到组合系统的位置参数和模糊度等信息;而法方程域组合RTK模型首先是对单系统的双差观测值进行求解得到单系统的法方程,并对多个系统的法方程叠加后求解得到组合系统的位置参数和模糊度等信息。实验结果表明,观测值域组合模型比法方程域组合模型更严密,其定位结果更稳定;组合RTK比单系统RTK精度更优,稳定性更好。     

基于Holt指数平滑模型的Klobuchar模型精化

利用IGS（International GNSS Service）中心提供的中、低纬度地区平静期、活跃期观测数据,通过Klobuchar模型与双频观测模型解算电离层总电子含量（total electron content,TEC）值。采用Holt指数平滑模型对每个历元前6 d两种模型差值进行1 d预测,利用预测所得差值对Klobuchar模型第7 d的TEC值进行改进。实验结果表明,无论在电离层活跃期还是平静期,改进模型改正效果比基本模型有显著提升,改进模型能更好地反映电离层变化特性,尤其是夜间电离层变化特性。     

天宫二号三维成像微波高度计大气斜距时延校正

2016-09-15随天宫二号空间实验室发射升空的三维成像微波高度计（简称天宫二号成像高度计）是国际上第一个采用小入射角、短干涉基线实现宽刈幅海面高度测量的高度计。由于天宫二号没有为成像高度计配备用于大气校正的微波辐射计,因此需要采用模型方法对大气时延进行精确估计。传统高度计采用星下点观测,通常只考虑大气折射率的改变引起传播速度变化的时延。天宫二号成像高度计采用偏离星下点1°—8°的小角度观测,因此在进行大气传输时延校正时不仅要考虑雷达信号传播速度的改变,还应考虑由于传播方向改变带来的路径弯曲效应。本文针对天宫二号成像高度计的观测几何特性,提出基于数值天气模型校正大气斜距时延的算法：采用欧洲中期天气预报中心的天气数据和大气分层模型,通过气象参数计算大气折射率;根据高度计参数和各层大气折射率,依赖折射定律和信号传播的几何关系在路径上逐层积分,计算大气斜距时延的估值。通过对天宫二号成像高度计的陆地角反射器定标实测数据进行处理,经大气斜距时延校正后,角反射器的剩余距离误差的标准差约为6.2 cm,达到厘米量级的斜距测量精度,验证了在不同入射角情况下,所提出的大气斜距时延校正算法的有效性和可靠性。     

多频组合数据在原始载波观测值预处理中的应用

周跳及粗差的产生将破坏GPS原始载波观测数据的连贯性,而传统的探测修复方法由于受到采样间隔的影响,不能完全对大采样率条件下原始观测数据周跳进行修复及较小粗差探测。随着GPS现代化中3个频率的应用,将多频组合观测值中好的特性应用到周跳及粗差的探测与修复已成为可能。通过多频载波相位组合观测值的波长特性,结合传统的伪距/载波探测原理,利用模拟的GPS多频数据进行各种情况下周跳与粗差的探测及修复,同时对一条GPS基线进行原始观测数据预处理作实例分析。结果表明,通过多频数据组合能够完全实时修复大采样率条件下各种情况的周跳,可以实时探测出0.2周以上的粗差。     

月基SAR重复轨道干涉测量时-空基线分析

本文根据地-月相对运动特征,建立了月基重轨InSAR观测几何模型,使用NASA/JPL高精度DE430月球星历数据,计算了月基SAR的重访时间以及对应的空间基线。结果表明:月基SAR的重返周期约24.8h;由于月球南北向速度发生周期性变化,月基重轨InSAR垂直基线长度会随重访次数产生较大变化,且基线长度近似呈现1恒星月周期变化特征。在空间基线约束下,本文进一步分析了月基重轨InSAR时-空基线特征,研究发现:①在确定的初始观测条件下,只能在特定的时间基线上实现月基重轨InSAR观测,并且初始观测时间不同,可实现月基重轨InSAR观测的时间基线也不同;②不同的时间基线可形成干涉组合个数不同,约50%的干涉组合个数对应的时间基线接近1恒星月及其整数倍;不同的观测位置可形成干涉组合个数不同,约80%的干涉组合个数发生在月球赤纬大于10°区域。因此,月基重轨InSAR观测数据获取计划的设计应综合考虑时间基线、空间基线以及初始观测时间等因素。     

基于伪距相位和STPIR组合的北斗三频周跳探测与修复

GNSS周跳探测中,电离层残差法的适用性受数据采样间隔的影响较大,同时联合其它组合观测量进行周跳修复时,周跳修复方程组易出现病态解。针对这些问题,文中提出一种可靠的北斗三频周跳探测与修复算法,通过构造北斗三频电离层残差组合观测量,进行二阶历元间差分,基于三频伪距相位组合优选理论,选取适用于北斗三频数据的伪距相位组合,结合两种组合观测量,优选条件数较小的组合系数矩阵进行周跳修复,最后通过北斗三频实测数据验证,结果表明:在数据采样间隔较大的情况下,利用构建的三个组合观测量可以探测出北斗三频原始数据中的所有周跳,具有很好的修复效果。     

抗差EKF滤波在GNSS/INS组合导航中的应用

GNSS/INS组合导航中,姿态解算和比力转换精度是影响精度的关键因素,且GNSS观测数据存在粗差,易对组合导航系统产生影响,针对以上问题,本文设计了一种顾及姿态解算精度的组合导航抗差算法,利用罗德里格斯公式进行姿态更新和比力转换,通过引入抗差估计理论,利用观测值和预测值的差值构造抗差因子,重新设计观测量噪声矩阵.一组...     

加权全极化SAR图像分类下的功能区土地时空变化特征提取

为准确分析功能区土地时空演变情况,需准确区分土地时空变化的相关特征,本文设计了功能区土地时空变化特征提取模型。首先采用全极化分解和灰度共生矩阵,对SAR图像中反映功能区土地时空变化的、不同地物的各类散射特征和纹理特征进行分类。然后确定最佳加权全极化特征组合,将该组合输入随机森林模型,完成最终图像中地物分类。最后以湖南省某市生态功能区土地时空变化特征为例,实现功能区土地时空变化特征分类提取。测试结果表明,该模型采用加权全极化特征组合,可准确描述地物分布情况,保证地物的可靠分类,能实现较好的提取效果。