天宫二号卫星宽波段成像光谱仪地理定位方法

本文针对天宫二号(Tiangong No.2,TG-2)宽波段成像光谱仪的宽波段相机进行观测几何和地理定位解算。TG-2搭载的宽波段成像光谱仪是用于海洋、气象和环境空间综合观测的新一代试验遥感仪器。解算该仪器观测几何和高质量遥感地理定位数据是开展上述应用的前提和基础。本文基于宽波段相机多CCD拼接直视推扫模式,根据其特殊的扫描几何和卫星空间位置姿态,建立仪器焦平面与地理空间位置的对应模型。通过大量实际观测的定位数据建立旋转角度与变形数量的关系,修正安装矩阵,提高了模型定位精度。利用该模型实现了对TG-2卫星宽波段成像光谱仪图像的地理定位。利用图像的地理位置进行投影,与高精度海陆模板进行比较,定位精度约为2个像元(200m)。     

FY-3A气象卫星大气垂直探测仪器数据几何位置匹配试验

随着卫星搭载的有效载荷数目的增加,卫星数据种类也不断增加,利用有限的数据资源获得多种卫星或多种仪器遥感数据源的信息,可以增强对目标物的检测与识别能力,提高卫星遥感应用的精度、范围和效率。以风云三号气象卫星L1级模拟数据为基础,用建立匹配查找表的方法进行红外分光计、微波温度计、微波湿度计三个大气垂直探测仪器的数据几何位置匹配技术研究,把三个仪器的观测资料统一匹配到红外分光计的观测格点上,并对匹配前后的资料进行了分析。匹配结果表明,当微波湿度计观测资料匹配到与其分辨率相差不大的红外分光计格点上时,其探测资料的精度损失不大,基本上保持了原有分辨率上观测资料的数据分布信息。而当微波湿度计观测资料匹配到与其分辨率相差较大的微波温度计格点上时(从15km分辨率匹配到50km分辨率上),总的数据信息损失不大,只有一些较细致的数据纹理信息有所损失,匹配后的观测资料为卫星大气垂直探测提供了良好的数据基础。     

风云三号卫星微波湿度计数据处理与系统控制的冗余设计方案

微波湿度计是风云三号卫星重要载荷之一,其中数据处理与系统控制单元是控制系统工作状态、数据采集和数据交换的核心部件,该单元的可靠性和安全性对微波湿度计至关重要。结合神舟四号多模态微波遥感器的研制经验,对冗余设计中通用的设计方案进行了分析和比较,详细介绍了风云三号卫星微波湿度计数据处理与系统控制所采用的冗余设计方案的选择依据、基本原理和特点。通过风云三号卫星微波湿度计的实际应用,该方案的可行性与可靠性得到了充分验证。     

风云三号微波湿度计航空校飞辐射定标原理及数据分析

风云三号微波湿度计是我国首次在轨定量应用于大气探测的星载被动微波辐射计,为验证载荷辐射性能,发射前于2007年9月至11月开展了航空校飞试验,历时2个月共转场青海湖、敦煌和云南普洱3个试验场,地面同步实施了辐射校正测量。在阐述星载微波大气探测载荷航空校飞辐射定标原理基础上,开展航空校飞数据分析,并与同步辐射校正测量结果进行了比对验证,结果表明风云三号微波湿度计初样产品探测结果符合设计指标要求。风云三号微波湿度计航空校飞试验为其资料在轨业务定量应用奠定了基础,其中航空校飞辐射定标模型支撑了后续风云三号卫星微波湿度计在轨业务定标。     

修正安装矩阵提高FY-3B/MERSI的地理定位精度

遥感数据的地理定位精度是影响其定量化应用的重要因素,为了提高FY-3B中分辨率光谱成像仪(MERSI)L1级数据的定位精度,分析了地理定位算法模型中安装矩阵与实际定位偏差之间的关系,通过修正风云三号卫星地面应用系统预处理模块中参数——安装矩阵,提高了地理定位精度。当仪器坐标系分别绕X轴、Y轴和Z轴旋转一个小角度后,遥感图像的定位结果会分别产生左右平移、前后平移和旋转变形。分析并建立旋转角度与变形之间的数量关系,根据海陆掩码与遥感图像的偏差程度估算安装矩阵的误差。修正安装矩阵后,计算出的定位结果准确性得到明显提高,精度达到1个像元左右。通过一段时间的业务系统测试,地理定位结果的质量稳定可靠。     

风云三号微波湿度计航空校飞辐射定标原理及数据分析

风云三号微波湿度计是我国首次在轨定量应用于大气探测的星载被动微波辐射计，为验证载荷辐射性能，发射前于2007年9月至11月开展了航空校飞试验，历时2个月共转场青海湖、敦煌和云南普洱3个试验场，地面同步实施了辐射校正测量。在阐述星载微波大气探测载荷航空校飞辐射定标原理基础上，开展航空校飞数据分析，并与同步辐射校正测量结果进行了比对验证，结果表明风云三号微波湿度计初样产品探测结果符合设计指标要求。风云三号微波湿度计航空校飞试验为其资料在轨业务定量应用奠定了基础，其中航空校飞辐射定标模型支撑了后续风云三号卫星微波湿度计在轨业务定标。     

风云三号微波湿度计航空校飞辐射定标原理及数据分析

风云三号微波湿度计是我国首次在轨定量应用于大气探测的星载被动微波辐射计，为验证载荷辐射性能，发射前于2007年9月至11月开展了航空校飞试验，历时2个月共转场青海湖、敦煌和云南普洱3个试验场，地面同步实施了辐射校正测量。在阐述星载微波大气探测载荷航空校飞辐射定标原理基础上，开展航空校飞数据分析，并与同步辐射校正测量结果进行了比对验证，结果表明风云三号微波湿度计初样产品探测结果符合设计指标要求。风云三号微波湿度计航空校飞试验为其资料在轨业务定量应用奠定了基础，其中航空校飞辐射定标模型支撑了后续风云三号卫星微波湿度计在轨业务定标。     

风云三号微波大气探测载荷辐射定标

风云三号气象卫星是我国第二代极轨业务气象卫星,具有全球、全天候和多光谱探测能力,装载有微波温度计和微波湿度计2台微波大气探测载荷,自2008年首发星升空后,风云三号微波大气探测载荷资料在防灾减灾和数值天气预报同化应用中发挥了积极作用。风云三号气象卫星微波载荷辐射定标是从原始观测计数值出发获取目标亮温的数据处理技术过程,包括发射前定标、在轨星上定标、综合辐射定标和历史资料再定标4个技术环节。精确的辐射定标是星载被动微波辐射计遥感资料定量应用的基础。本文综述了风云三号气象卫星微波大气探测载荷综合辐射定标技术,介绍了风云三号微波大气探测载荷综合辐射定标基本原理及技术现状,展望了风云气象卫星微波大气探测载荷综合辐射定标技术未来发展。     

风云三号卫星微波湿度计天线驱动控制

微波湿度计的工作周期完全由天线扫描周期决定,系统根据天线角编码信息,按照既定时序完成对地观测数据、热源及冷空的定标参数的采集。天线的扫描模式分为变速扫描、匀速扫描和定点观测三种。三种工作模式需通过地面数据注入控制切换,数控单元解析后由天线扫描驱动控制电路将模式控制指令发送至天线驱动控制模块（MCDE）,最终由扫描机构执行。着重介绍数控单元如何根据地面注入指令控制天线扫描驱动机构的工作模式,同时通过读取天线辅助参数,根据天线角编码信息所对应的时序完成科学数据的采集。     

多重观测卫星影像的无控区域网平差

为了保证卫星遥感影像获取地面目标区域信息的准确性,需要对影像数据进行几何校正,几何校正的精度决定着遥感图像应用的效果。常规的校正方法需要地面控制点信息,但在境外、我国西部、荒漠等这些地方很难获取控制点。针对上述问题,提出了多重观测卫星影像的无控区域网平差方法,提高无控定位的精度。与常规区域网平差不同,该方法的误差方程基于"单物方—多像方"的连接点集建立,在无控条件下误差方程能够收敛到更加精确的解。通过误差补偿模型调整每幅影像的有理函数模型系数,使得不同方向的定位误差进行抵消,从而在无控制点的条件下提高遥感影像的定位精度。首先,利用卫星影像的RPC文件和像方误差补偿模型,建立多重重叠的区域网平差模型,然后,利用共轭梯度算法迭代求解误差方程,最后调整RPC系数,提高遥感图像定位精度。通过资源三号卫星影像试验表明:多重观测区域网平差将遥感图像的平面定位精度由19.8m提高至12.9m,能够有效提高影像的几何定位精度。     

FY-3/VIRR资料积雪多阈值综合判识方法研究

利用卫星遥感监测积雪分布相比地面观测具有明显优势,目前基于FY-3卫星数据在积雪监测方面的研究较少。借鉴现有积雪卫星遥感监测算法,研究出适用于FY-3/VIRR资料的积雪判识方法,利用归一化积雪指数和多波段综合阈值实现积雪判识,提取积雪信息生成区域二值化积雪分布图。通过实例分析验证算法有效可行,并与MODIS积雪产品MOD10及其L1B数据NDSI判识结果进行对比,说明算法判识结果良好。研究表明,FY-3卫星数据可作为积雪遥测的可靠资料来源,可延用于积雪监测与灾害预警业务系统中,促进国产卫星数据的应用与推广。     

Error Characteristics of Microwave Soil Moisture Products based on Triple Collocation and Its Spatial-temporal Pattern

Soil moisture is an important state variable connecting the land surface-atmosphere system, and its information can be efficiently acquired by the new technique of microwave remote sensing. Accurate interpretation of the microwave soil moisture products qualities and in-depth understanding of their temporal and spatial distributions are important prerequisites for their successful application in earth science through data assimilation. In this study, three microwave soil moisture products, FengYun-3C(FY-3C), Soil Moisture Active Passive (SMAP) and Advanced Scatterometer(ASCAT), were evaluated over China based on the triple collocation (TC) method. The abilities of three products to obtain temporal and spatial variations of soil moisture were illustrated by Hovm?ller diagram. The results show that: (1) SMAP generally outperforms ASCAT and FY-3C, with highest TC-based signal-to-noise ratio(SNR) under different land use types. The TC-based SNRs are 1.668dB, -0.316dB and -2.182dB for SMAP, ASCAT and FY-3C respectively; and their correlation coefficients with ground observations are 0.514, 0.501 and 0.209, respectively. (2) The accuracies of FY-3C and ASCAT in Northwest China are overall higher than those in the southern China. All three products can capture the latitudinal and longitudinal gradients of soil moisture, whereas their seasonal fluctuations are higher than those of in-situ measurements. Among three products, FY-3C shows highest spatial gradient and strongest seasonal fluctuations. (3) FY-3C product performance is more susceptible to vegetation coverage than ASCAT and SMAP, but it outperforms ASCAT in barren areas. The results of our study could provide useful insights for assimilating microwave soil moisture products into land surface models to improve hydrological prediction.     

基于Triple Collocation方法的微波土壤水分产品不确定性分析与时空变化规律研究

土壤水分是连接地—气系统的重要状态变量,微波遥感为准确获取大面积土壤水分信息提供新的技术手段。准确解读微波土壤水分产品质量、深入了解其误差的时空分布特征是通过数据同化等方法将其融入陆面模型,从而成功应用于地球科学领域的重要先决条件。基于Triple Collocation(TC)方法检验了风云三号C星(FY-3C)、土壤水分主被动卫星(SMAP)及高级微波散射计(ASCAT)这3种常用微波土壤水分产品在中国陆域的质量,并通过Hovm?ller图评估了3套产品捕捉土壤水分时空变化的能力。结果显示:①TC方法得到的分析结论与地面实测资料的验证结果一致,整体上SMAP优于ASCAT和FY-3C,不同土地利用类型下SMAP信噪比均最高,三者的TC信噪比分别为1.668 dB、-0.316 dB和-2.182 dB,同时三者与实测值的相关系数分别为0.514、0.501和0.209;②FY-3C和ASCAT产品的精度在中国西北地区整体优于南部地区,3种产品均能较好地刻画土壤水分随纬度和经度变化的情况,3种产品展现的季节波动整体高于实测,其中FY-3C的季节波动在3种产品中最为剧烈;③FY-3C的质量比ASCAT和SMAP更易受到植被影响,但在裸土区FY-3C优于ASCAT。本研究基于TC分析提供了全国范围内3种主流微波土壤水分产品的误差和信噪比的空间分布,并通过Hovm?ller图评估了其描述土壤水分时空变化的能力。研究结论可为微波土壤水分产品的同化研究提供一定参考。     

基于FY-3C MERSI影像的洱海水体提取研究

遥感技术在水体监测方面已有成熟应用,风云三号是我国自主研发卫星,时间分辨率高、覆盖范围广,能短时间内完整监测大范围水体。针对国产FY-3系列中分辨率卫星在水体信息自动化提取中的应用问题,以FY-3C MERSI影像为数据源,采用归一化差异水体指数(NDWI)结合大津算法(Otsu)进行阈值分割,提取出洱海水体边界,通过与采用相同方法的邻近时期Landsat 8 OLI影像水体提取结果的对比分析,发现二者水体边界整体拟合较好,面积误差为1.53%,FY-3C MERSI影像较为快速、准确地提取出了洱海水体。表明MERSI数据在水体信息自动化提取方面具有较高的应用价值和潜力,可用于较大面积湖泊的水体提取。     

Soil Moisture Retrieval over Vegetated Areas based on Sentinel-1 and FY-3C Data

This study aims to develop soil moisture retrieval model over vegetated areas based on Sentinel-1 SAR and FY-3C data.In order to remove vegetation effect,the MWRI data from FY-3C was applied to establish the inversion model of vegetation water content.The model was combined with the original water-cloud model,and developing a soil moisture retrieval model by combining active and passive microwave remote sensing data.Finally,the experiment of the soil moisture retrieval was conducted in Jiangsu and Anhui province,and validating the inversion accuracy of soil moisture by measured data.The results showed that：①For the vegetation-covered surface,the Microwave Polarization Difference Index obtain from FY-3C/MWRI was suitable for removing vegetation effect.②Compared with the Sentinel-1 VH polarization data,the backscattering coefficient of VV polarization was more suitable for soil moisture retrieval and get a higher accuracy of soil moisture retrieval.③Sentinel\|1 data can obtain high precision soil moisture estimation results,and the correlation coefficient between the estimated and measured soil moisture is 0.561 2 and RMSE is 0.044 cm³/cm³.     

ERDAS IMAGINE 8.4中影像几何校正法初探--以清江流域为例

该文针对“数字清江”基础数据用到的SPOT卫星遥感数据,简要论述了SPOT数据在ERDAS环境下几何校正的基本原理、方法,为SPOT影像在流域系统中的进一步应用做准备。     

Logistic回归模型在卫星云图云检测中的应用

云的自动检测和分类识别是所有卫星遥感资料应用的第一个步骤。基于Logistic回归模型的云图处理方法被用于FY-2C卫星云图的处理。利用逐步回归方法对云图的灰度及纹理特征进行提取,并计算出每个特征的回归系数;利用提取的特征进行云检测实验。将实验结果与地面观测资料进行对比,表明Logistic回归模型对云图处理是有效的,并且与传统的动态阈值分割方法相比,云检测的效果更好。     

FY-3A/MWHS辐射传递及冷空偏差修正

为了推进FY-3A/MWHS数据与国外同类载荷遥感数据的同化应用,针对FY-3A/MWHS业务L1数据尝试开展大气吸收通道在轨辐射校验,通过瞬时星下点交叉比对(SNO)方法,完成MWHS与美国NOAA卫星同类载荷AMSU-B轨辐射基准的交叉传递。两个同类载荷遥感数据的对比分析表明:MWHS大气水汽吸收线附近的主探测通道与AMSU-B对应通道天线亮温变化特征一致;以辐射校验为基础,可以将AMSU-B在轨辐射基准传递到MWHS冷空辐射修正量,实现微波探测器在轨辐射基准的归一化。辐射交叉校验技术,为两个同类微波探测器在轨遥感数据的融合应用以及在数值天气预报中多源数据的同化应用奠定了基础。     

FY-3A卫星资料在雾监测中的应用研究

雾是一种灾害性天气现象,严重影响交通运输等人类活动,因此雾的监测具有十分重要的意义。云、雾与下垫面在可见光、中红外和热红外波段的反射及辐射特性存在差异,这为利用卫星遥感手段监测大雾天气提供了重要依据。依据FY-3A卫星的VIRR数据,利用多波段阈值法对2010年4月5日我国东部沿海地区日间雾进行了遥感监测,并估算了雾的垂直厚度、光学厚度以及能见度等特征参数。实验结果表明,利用FY-3A卫星资料监测雾具有可行性,适于在雾的监测预报业务中推广应用。