一、星载遥感光谱仪的定标状况（论文文献综述）
周世尧[1]（2021）在《可见近红外天空光波动监测及机载高光谱应用研究》文中研究说明机载高光谱成像是常见的对地遥感方法之一。就长时间、大面积的航空作业或高光谱成像而言,由于外部环境在不断变化,静态的辐射模型很难全面反映实际的情况。与常规的诸多因素相比,天空光的不确定性波动是导致飞行过程中高光谱成像所受辐射无规律变化进而显着影响成像结果的主要因素。为了最大限度消除天空光对机载高光谱成像的影响并监测其在飞行过程中的实时变化,本论文在飞机内舱处安置了一套工作于可见近红外（VNIR）波段的天空光监视器,用于记录与机载高光谱成像系统VNIR模块和定位装置保持同步的天空光数据。天空光监视器由机舱顶部接收半球面天空光的余弦校正器、舱内状态稳定的光纤和采集定频数据的VNIR线阵光谱仪组成。同时建立一种基于天空光的相对辐射校正模型,利用匹配每帧图像数据的天空光辐照度信息对目标航线的整体航空高光谱图像进行相对辐射校正处理,并对校正结果进行了详细的对比评价和精度分析。同时在若干地面采样点的实测反射率信息的基础上,利用相匹配的天空光数据对三视场拼接的高光谱图像进行反射率反演运算,并与目标航线上评价参考点的实测反射率谱线进行结果对比和误差计算。本论文的主要研究内容和创新点包括:1)论文设计了一套工作于可见近红外波段的天空光监视器。文中对其系统结构和工作模型进行了详细的阐述,并制定了相应的运行准则和检测标准。在两次飞行试验中,根据实际的航行情况进行了合理而有效的平台搭建,并设置与机载高光谱成像VNIR模块相匹配的运行模式。同时对固定状态的天空光监视器系统建立了一种同步辐射定标方法,依次对其进行了原理介绍、流程解析、性能检测和精度测试,为实际的飞行试验奠定了丰富的理论和实验基础。2)论文提出了一种基于天空光监视器的相对辐射校正方法,以应对长时间、大面积的机载高光谱成像中遇到的天空光辐射强度随着飞行作业的持续和天气状况的变化而无规律或短时剧烈波动的情况,以及大幅面航空高光谱图像中数值响应不一致的问题。整体相对辐射校正模型分为三个主要部分:天空光数据与目标高光谱图像的匹配、天空光偏置向量的确定和相对辐射校正系数矩阵的计算。校正工作的处理对象以目标航线的所受天空光变化较大的截断区域图像为基准,以POS数据为媒介并结合卫星遥感图像精确匹配对应的天空光辐照度数据。所有相关数据以机载高光谱成像仪VNIR模块为核心参考基准,用保形分段三次插值法进行波段匹配,用三次样条插值法进行帧频匹配。3)论文提出了一种基于图像偏置参考点的天空光校正算法。选取目标高光谱图像中分布广泛的同类地物作为偏置参考点,结合光谱角匹配算法（SAM）和直方图统计法筛选并计算每个波段的天空光偏置向量。建立所有偏置参考点在图中的光谱信息与其对应天空光数据的联系。制定相对辐射校正的基准线为整个高光谱图像中对应特定波长（480nm）天空光辐照度最大值处。通过匹配图像各帧的天空光数据以确定所有波段全部幅面的相对辐射校正系数矩阵,并绘制最终的相对辐射校正图像。4)论文对基于第一次飞行试验的机载高光谱成像结果进行了相对辐射校正处理,并对校正结果进行了详细的评价。先从局部开始分析,通过目标航线截断区域的局部对比图进行初步评价。从中选取放大区块,设定评价参考点和校正参考点,在提取评价参考点光谱特征曲线后,分析目标参考点在校正前后与对应模板的匹配重合度。再从整体进行评价,对截断区域图像进行二值化处理以抓取和评价参考点相匹配的同类地物目标点,通过对比相对辐射校正前后匹配地物目标点DN值响应幅值分布情况,以均值中位线为基准说明基于天空光监视器的相对辐射校正方法的有效性。最后计算匹配地物目标点在校正图中的变异系数。以绿色草地、裸露耕地为评价参考点在256个波段上精度评估结果分别为5%～7%、4%～6%,均值分别为5.9%、5.5%。5)论文提出了一种基于天空光数据和地面采样点的实测反射率信息,对整个航空高光谱图像进行反射率反演的方法。计算所有地面采样点的实测反射率数据,匹配对应的天空光数据,得到各点的辐亮度与其在航空高光谱图像中DN值响应关系。对所有地面采样点进行异常值检测,以避免异常点对DN值转换辐亮度（DN-L）系数矩阵的影响,确保最终拟合函数的有效性和准确性。匹配与目标高光谱图像对应的天空光数据,计算反射率反演系数矩阵并绘制反射率反演图像。实际的相关工作基于第二次飞行试验,基于筛选的正常地面采样点,以白菜叶为反演参考点,在0.45μm～0.98μm波长范围内整体的相对误差小于10%,其中在0.47μm～0.56μm和0.7μm～0.92μm波长范围内相对误差小于4%。
李朕阳[2]（2021）在《偏振交火航空验证关键技术研究》文中指出大气气溶胶的直接与间接影响被公认为是全球辐射平衡和气候变化的主要原因。由于大气粒子散射强偏振和弱光强的特性,偏振探测技术在气溶胶遥感领域得到了广泛应用。“偏振交火”利用同平台双偏振仪器协同观测,在大气气溶胶综合参数探测及反演方面具有明显优势。在星载遥感器发射前,开展航飞验证实验,对偏振交火关键技术进行有效验证,对于促进偏振交火技术的在轨实现具有重要意义。本文开展了偏振交火航空验证关键技术研究,主要包括星载偏振交火方案的误差敏感性分析、同平台双偏振仪器地理定位和校正方法以及偏振交叉定标方法等内容。具体来说,首先,根据星载偏振交火方案的测量原理和技术特点,对其误差敏感性进行了系统的分析,结合机载与星载的差异制定了航飞实验配置方案并搭建了航空验证系统;通过航空验证系统时间同步方法,消除了机载平台的姿态随机影响。其次,研究了同平台双偏振仪器地理定位和校正方法,通过坐标变换分别建立了观测像元与地理空间位置的对应模型,采用全球数字高程模型和仪器偏心校正对定位结果进行修正,分析了影响地理定位精度的误差源,建立了基于蒙特卡洛法的误差统计模型并完成仿真计算。仿真结果表明,飞行高度5000 m时POSP和SIPC定位精度约为25 m。最后,开展了双偏振仪器的实验验证研究,实验室条件下获取了双偏振仪器偏振和辐射定标系数,自然目标探测情况下完成了 POSP和CE318N的外场比对实验。实验结果表明,两台仪器的辐亮度一致性偏差小于4%,偏振度一致性偏差小于0.005,具有较好的一致性,验证了实验室定标数据的准确性。航飞实验数据结果表明,经偏振交叉定标后,陆地地表SIPC相对于POSP的辐亮度偏差均方根值为2.54%,偏振度偏差均方根值为0.013;海洋地表SIPC相对于POSP的辐亮度偏差均方根值为9.28%,偏振度偏差均方根为0.043,验证了双偏振仪器间交叉定标的可行性。本文的研究内容完成了偏振交火部分关键技术的前期验证,是偏振交火理论到在轨实践应用的重要环节,为星载仪器发射后的在轨应用效果预期评估提供了支撑。
王宙[3]（2021）在《面向城市河道的无人机高光谱遥感水质监测研究》文中指出近年来,随着武汉市城市社会经济的发展,武汉市人口不断增长、经济规模不断扩大、工业化进程加快,水资源压力逐渐加大,城市水环境问题越来越受到重视。城市内部河道作为城市生态系统重要组成部分,不仅具有提供水源、防洪排涝等功能,在一定程度上还有着气候调节、污染削减等生态环境效应。对城市河道水体及水质进行实时和准确的监测、及时发现河道水质在空间和时间上的异常变化,对加强城市河道长效性管理具有十分重要的意义。城市河道水质状况体现在多水质参数的共同作用下,比如悬浮物、叶绿素a、氨氮和溶解氧等。水体中的某些水质参数变化能改变水体表面的光学特性,遥感光谱信号可以敏锐地监测到这种改变,因而可以通过遥感技术监测水质参数。城市河流通常较为狭窄,常用的遥感数据无法满足水质监测的需求。在遥感监测河流水质的过程中,卫星影像无法同时满足光谱和空间分辨率的需求,难以对城市河道进行精细污染监测。无人机高光谱遥感影像的双高特性能有效弥补卫星遥感监测的不足,本文以武汉市沙湖港和巡司河为实验区域,结合机器学习方法,对实验区的水质参数进行监测,得到研究区的水质分布图。结合实验区周边环境及野外监测结果,分析了所得到透明度反演结果的合理性。论文主要研究成果如下:（1）实现无人机高光谱遥感影像预处理流程,主要包括传感器辐射定标,几何校正,场地绝对辐射校正,噪声去除,野外实测光谱和实验室实测光谱进行数据转换,水体提取和光谱提取。（2）基于获取的预处理后的观测数据,综合利用无人机高光谱影像与光谱曲线的信息,对比传统的经验半经验模型,XGBoost算法对实验区内的水体水质参数监测精度最高。使用已建立的反演模型来生成两个研究区域的水质分布图,结果表明,水质分布结果与野外监测所得的结果一致。
杨东上[4]（2021）在《星载大气痕量气体差分吸收光谱仪NO2反演算法研究及应用》文中研究说明光学遥感技术,作为一种重要的监测手段,已经用于各种地球观测和气象观测研究中。尤其是基于光学遥感技术在不同观测平台上的开发和应用,产生了很多重要的发现和认识。自上世纪70年代末,提出了基于差分吸收光谱技术（DOAS）的光学遥感技术,这促进了依赖光谱学的分析方法在大气监测中的广泛应用。同时,它也推动着环境科学和大气科学的发展,如对大气中污染气体及痕量气体的监测,使人们认识到这些污染气体的来源和传输通道,并为污染治理和政策制定提供参考和依据。目前,基于DOAS的光谱遥测方法已成功应用于卫星、机载和地基观测平台,在地球大气污染模式的建立,污染气体分布和变化规律的总结,气体浓度的监测等方面具有重要意义。该方法相比较于其他大气污染监测手段,具有其独特的优点。一是光学遥测方法中利用了光在大气中的传输特性,是其他物理化学方式所不具备的,因此可用于包括外太空、大气层、地表等多种空间监测,其次,由于其采用的DOAS算法将自然光作为分析介质,相比较于化学发光法等适用性和局限性较大的分析手段,具有反演速度快,观测范围广的特点。随着污染溯源和大区域监测的需求,基于DOAS技术的卫星遥测平台成为人类了解大气污染物如NO2分布和变化趋势的重要方式之一。由欧空局和美国航空航天局发射的面向紫外可见波段的多个高光谱探测载荷已在卫星遥测领域取得众多的成就,而我国也在2018年5月成功发射了第一个紫外可见高光谱大气污染探测载荷-大气痕量气体差分吸收光谱仪（EMI）,以弥补我国星载平台基于光谱分析进行污染气体监测上的空白。但由于载荷定标不充分并受到仪器关键元器件的限制,同时受到夫琅禾费参考谱采集中未知光谱结构引入等因素的影响,导致NO2反演过程中出现明显的条带现象,降低了浓度反演的精度,因此研究中主要针对大气痕量气体差分吸收光谱仪的紫外可见波段,讨论研究了 EMI的对流层NO2浓度获取的总体流程,包括EMINO2反演算法的优化、NO2遥感条带处理,对流层平流层NO2分层以及数据产品的验证和应用。研究的主要工作如下:一是对EMI NO2反演算法的研究和优化。本论文首先对EMI DOAS反演NO2算法中各参量的选择进行讨论,然后分析了 NO2反演结果的精度和条带特性。提出了基于层次分析法的最优波段选择方案,构造了 AHP-DOAS反演算法。此外研究发现不同空间维像元反演过程中存在的明显的固定拟合残差,基于此,利用主成分分析法提取残差结构进行分析。经以上修正后,获取了准确的NO2柱浓度产品,为进一步的数据产品的分析和验证提供有效的数据支撑。二是提出了对EMINO2斜柱浓度条带修正。经过EMI NO2反演算法的优化后,遥感条带现象明显改善,但仍存在一定程度的条带现象。研究评估了矩匹配法和傅里叶变换法在去除NO2条带上特点和效果,最后选择傅里叶变换滤波的条带去除方法,实现了对EMINO2柱浓度的修正。三是基于EMI的数据产品的对流层-平流层NO2浓度分层。利用对流层平流层分离技术,分析了 STREAM对流层-平流层分层方法在EMINO2产品应用上的可行性,根据NO2的全球分布特征,比较了 STREAM法和参考区域法（RSM）对平流层-对流层NO2分层效果。四是EMI NO2浓度结果的验证和应用。为进一步验证NO2数据产品的可靠性,利用在京津冀地区的地基多轴DOAS的NO2浓度反演结果,对EMI数据产品进行验证。TROPOMI和地基数据产品与EMI的对比结果表明了针对EMI仪器的NO2反演算法优化的适用性和可靠性。此外基于EMI NO2数据产品及地基NO2遥测数据对京津冀地区的NO2分布和变化进行分析,评估了 2018年-2019年北京NO2污染情况,利用统计学相关方法及气象数据信息,研究了该地区NO2的污染传输特性。再次证明了EMI在监测区域NO2污染上的重要意义。
李晶[5]（2021）在《海洋石油污染监测主动高光谱探测关键技术研究》文中研究说明海洋石油污染对生物多样性及生态环境具有严重危害,目前对海洋石油污染进行监测主要采用被动探测技术,包括紫外成像探测技术与红外成像探测技术。但被动探测技术仅限于白天光照条件较好的情况下进行测量。因此,研究基于高光谱激光雷达的主动探测技术变得尤为重要,该技术能够实现溢油区域的全天候观测,实时反应油面动态信息。常规激光雷达技术仅限于单一波段应用,无法精准获取海洋油面的光谱信息。本文围绕海洋石油污染监测技术,在激光雷达原理的基础上开展高光谱激光雷达监测技术的研究。高光谱激光雷达是一种能够主动获取光谱和空间信息的仪器,可以减轻环境光照对光谱信息采集的影响。本文阐述了国内外高光谱遥感技术的发展及高光谱激光雷达技术的研究现状,以及海面溢油检测技术的相关研究,进一步明确了高光谱激光雷达应用于海面溢油监测的技术需求,在综合分析了几方面因素的基础上提出了满足实际工作需求的技术指标。根据海洋溢油污染监测技术指标的具体要求,对新型全时多谱段激光雷达设计、制造、调校及定标等关键技术开展了深入研究。具体研究内容如下:（1）针对新型光谱监测技术指标要求和高光谱激光雷达特性,利用Code-V设计软件对前置望远系统进行了光学设计和仿真分析。同时,对与之相匹配的机械结构进行了设计,并制造了一套满足技术指标要求,且性能优良的光学系统。采用折反射系统结构形式,极大地简化了光学系统结构,为满足对目标的跟踪与精细结构测量,在共光路的基础上,加入可见光接收系统,使高光谱激光雷达在进行光谱测量的同时还具备目标定位与成像能力。（2）提出并构建了较完善的可见-近红外波段的光谱性能测试方法,对高光谱激光雷达原理样机的光谱范围、光谱响应、动态范围等反映仪器光谱性能的指标进行了较全面的评定,完成了高光谱激光雷达的定量化研究。（3）利用输出高稳定、能量可调谐的积分球,配备相应设备,对高光谱激光雷达原理样机的光谱辐亮度响应度和响应均匀性进行了综合评价,针对具体激光雷达原理样机给出了相应的修正公式。（4）分析并推导出了该高光谱激光雷达信噪比的计算公式,试验样机前置光学结构的光谱传输特性,结合实际实验结果,对该高光谱激光雷达样机在实际海面溢油监测工作中的信噪比进行了综合估计。（5）利用高光谱激光雷达样机对实验室模拟的水面溢油进行了实验探测,采用该样机对不同厚度水面原油溢油分别在日间和夜间进行了光谱辐照度测量和可见光相机成像,并通过改变水面温度实际测量了不同温度下和不同油膜厚度对反射光谱的特性变化。实验结果表明本文中所研制的高光谱激光雷达在海面原油溢油观测中,尤其在夜间观测中,能够准确的对受溢油覆盖的水面和清澈水面进行辨别,所采用的监测方法可适用于我国全海域,并且可根据所获取的光谱特性对污染程度做出较为准确的判断。本文从海洋石油溢油污染监测入手,研制出一台能够同时获取目标光谱信息和二维图像的高光谱激光雷达原理样机,该高光谱激光雷达覆盖400nm～1100nm波段范围,根据整机系统结构特点,通过仪器整体设计和评价工作,以及在海面溢油中的应用,对高光谱激光雷达在地物目标识别探测能力进行了评价和分析,对集成方法进行了研究,调试完成后的原理样机各项指标均满足应用需求,为我国海洋溢油提供一种新的监测手段,对未来海洋环境保护、海洋资源利用开发具有重要意义。
朱磊[6]（2020）在《星载大气痕量气体差分吸收光谱仪辐射定标专用转台设计》文中研究说明近些年来,工业水平的发展及人类活动的增加,加剧了地球环境的恶化,从而也推动了对环境污染监测问题的研究。科技的进步使环境监测的手段和方式也变得多样化,对于大气环境监测来说,由于大气遥感探测技术在监测上有着独特的优势,因而成为获得全球大气状况的重要方式之一。项目组研制的星载大气痕量气体差分吸收光谱仪通过光谱成像技术,获得全球高光谱数据,基于此获取全球大气痕量气体的分布与传输。基于大气痕量气体差分吸收光谱仪太阳定标光路和对地观测光路的差异,为实现在轨基于太阳光的绝对辐亮度定标,需要在地面对两个观测光路的辐射响应关系即整机BSDF特性进行标定。因此,通过调研国内外大视场成像光谱仪的定标装置,基于星载光谱仪的光学系统需求,设计了辐射定标专用转台。对常见的二维转台进行分析比较,结合光谱仪需求后,确定二维转台的总体结构形式,完成各结构件的设计与验证,对驱动部件进行计算以及选型,最后通过三维设计软件Solidworks完成二维转台的结构建模。二维转台的台体部分作为主要工作部件,各结构件的刚度、强度都应该有足够的安全系数,通过有限元分析软件ANSYS完成台体部分的静力学分析以及动态特性分析,分析结果显示台体结构在模拟工况下区域的应力最大值、位移最大变形量、前六阶固有频率和振型图。根据软件仿真结果验证二维转台的结构设计,其结构件的安全系数可达6倍,定标转台可以实现水平方向±180°转动和俯仰方向±20°摆动,满足二维转台的设计指标及使用需求。在转台制造成功后应用于光谱仪的定标及相关测试实验,包括太阳定标光路的辐照度实验以及对地观测光路的光谱定标实验。对定标实验采集到的数据结果进行分析处理后,得到太阳定标光路在不同观测角度下的辐照度定标系数和光谱仪四个通道的光谱分辨率。本文研究的二维辐射定标转台能够满足地面定标需求,为光谱仪的定标精度提供了保障,基于本转台获取的辐射定标系数,将会进一步提高星载光谱仪在轨遥感数据的定量化应用水平。
杨天杭[7]（2020）在《基于红外高光谱数据的对流层风场探测方法研究》文中指出全球三维风场对于气候变化、极端天气灾害、数值天气预报、大气动力学等方面具有广泛应用价值和重大研究意义,针对大气各层风场的探测手段在不断加强和完善。大气层中对流层大气运动频繁,且密切影响人类生活,对流层风场是改进天气预报方面未能满足要求的观测要素之一,另外,对流层风场数据的准确性也是决定其能否进入数值天气预报同化模式的重要基础。当前对流层风场的主要探测手段有星载测风激光雷达单脉冲测量纬向风和气象卫星成像仪大气运动矢量反演,虽然基于以上方法获取的风场信息在区域和全球尺度上改善了数值天气预报精度,但受到矢量高度模糊分配问题影响,风场的垂直分辨率仍存在较大误差,风场高度分配问题是风场信息的主要误差来源。自红外高光谱垂直探测大气参数的概念提出,以及星载红外高光谱探测仪上天以来,利用红外高光谱仪器高精度垂直探测能力反演风场的方法逐渐成为新型风场探测手段的研究方向。本文基于我国极轨气象卫星FY3D红外高光谱探测仪载荷HIRAS辐射光谱数据,开展了对流层风场测量方法研究。针对HIRAS红外高光谱数据分别进行了辐射精度一致性评估实验,晴空大气温度、湿度廓线反演实验,水汽通道数据风场测量实验。本论文的主要研究成果如下:（1）针对HIRAS辐射光谱研究数据辐射精度一致性,采用星下点交叉方法匹配国际高精度同类仪器辐射光谱样本,包括欧洲气象业务卫星Met Op-A/B星红外大气探测干涉仪IASI和美国气象卫星Suomi NPP星跨轨红外探测仪CrIS。严格筛选经过时间、空间、观测几何匹配和满足观测目标均匀性的交叉比对样本,开发的交叉比对算法应用于业务处理。（2）针对HIRAS与同类仪器交叉比对的辐射光谱样本比较了亮温均值偏差和亮温偏差标准差,分析了偏差与观测目标的温度依赖关系,监测了偏差变化趋势。HIRAS-IASI比对样本分布于低温目标环境的极地地区,长波红外、中波红外辐射光谱一致性良好,多数通道亮温均值偏差小于0.5K,没有明显的温度依赖关系,偏差标准差小于2K。短波红外多数通道均值偏差小于1.5K,HIRAS光谱亮温整体低于IASI光谱亮温,出现较明显的温度依赖关系,当目标温度升高时,偏差标准差降低。HIRAS仪器在轨测试初期与IASI和CrIS的亮温偏差监测（2018年4月）以及HIRAS-IASI长期偏差监测（2018年4月-12月）表明偏差变化整体稳定,在低温环境下,短波通道偏差变化稍大。（3）针对HIRAS红外高光谱数据反演晴空大气温度、湿度廓线,构建一维变分反演系统,通过信息量迭代法和权重函数覆盖法选择反演通道,比较了通道数目对反演偏差的影响,进行了光谱样本的晴空像元筛选和资料质量控制,严格匹配了预报场和再分析场资料数据,计算了反演结果与真值的均方根误差、均值绝对偏差和均值偏差,分析反演结果的精度。温度廓线反演高度为1000h Pa-10h Pa,与真值比较的均方根误差为0.5K-3.5K,反演精度整体优于预报值;湿度廓线反演高度为1000h Pa-200h Pa,低层反演精度整体优于20%,高层精度整体优于预报数据,出现较大偏差位置分析原因为受到初始猜值误差影响。（4）针对HIRAS红外高光谱数据测量对流层三维风场,开发了跨平台晴空大气对流层三维风场测量算法,采用交叉匹配方法获取重访数据,根据光谱通道权重函数覆盖法分配风场高度,使用稠密光流法进行风矢量追踪,结合再分析资料定量化计算了风速均方根误差、风速均值绝对偏差和风向均值绝对偏差,比较了风场测量精度。通过FY3D/HIRAS和Suomi NPP/CrIS跨平台匹配数据进行了算法可行性实验,通过FY3D/HIRAS和NOAA-20/CrIS跨平台匹配数据在改进算法的基础上进行了风场测量实验。风场精度定量化比较结果为,风速范围的变化趋势与再分析资料表现一致,风速范围随高度降低而减小;风速均值绝对偏差多数小于3m/s,最大不超过4m/s;风速均方根误差多数小于3.5m/s,最大不超过4.5m/s;风向均值绝对偏差多数小于30°,最大不超过40°。（5）针对跨平台红外高光谱测风结果,分析了风场信息的主要误差来源包括:因不同卫星平台红外高光谱仪器参数设计不同而引入的观测误差,以及因投影过程导致空间分辨率变化而引入的定位误差。提出同平台测风体系参数论证方案,理论计算了对卫星数量、重访时间和全球覆盖观测的设计要求,分析了红外高光谱测风仪器的空间分辨率、时间分辨率与风速精度分辨率的数学关系,设计了仪器小型一体化概况结构和关键参数预期要求。
杨太平[8]（2020）在《基于多平台DOAS技术大气光学特性参数反演算法研究及应用》文中研究说明虽然近年来我国整体大气污染防治措施初现成效,但仍然有很多区域性污染问题严峻。及时准确获取区域大气污染信息是分析污染来源和采取防治措施的重要前提。同样,大气光学特性参数是反演大气污染物的重要输入参数,准确获取大气光学特性信息对大气污染物的准确反演具有重要意义。对此,为响应我国环保部提出的全面打赢蓝天保卫战目标,我国开展了天地空一体化立体监测系统。该系统中,基于多平台DOAS技术的大气成分探测仪器发挥了重要作用。其中,星载仪器EMI可以对全球大气成分的浓度和空间分布进行监测和分析。机载DOAS可以对较大区域、不同海拔处的大气成分实现动态研究。地基2D MAX-DOAS可以用于近地面监测,实现对特定区域对流层、平流层NO2、SO2等污染物的演变和输送过程的研究,此外,地基数据也应用于卫星监测的校验。为了提高痕量气体的反演精度,本文基于多平台DOAS技术,对云参数、地表反照率和有效光程等大气光学特性参数反演算法进行研究。本文采用自行研发的星载仪器EMI对全球大气痕量气体进行探测。由于EMI观测的是大气层顶的散射光,云的存在会影响光子路径进而对痕量气体的反演造成很大的误差。本文基于O4在477 nm处吸收带对云参数反演算法进行了研究,首先对O4SCD中出现的条带现象进行了修正,同时对反射率也进行了相关校正;然后利用SCIATRAN辐射传输模型设置不同参数和太阳几何信息模拟辐亮度以创建O4SCD和反射率的查找表,再对其转换后得到有效云量云压的查找表;最后用O4 SCD、连续反射率及相关太阳几何信息进行多维插值得到EMI有效云量和云压。为验证该算法的正确性,将EMI的结果与OMI云产品进行了比较,其中,EMI与OMI的有效云量频数分布都呈现低云量到高云量频数递减的趋势,云量为0和云量为1均出现频数高值现象,云量相关性R为0.82,相关性表现良好;云压频数分布整体较为一致,但仍然存在部分不一致的地方有待进一步研究。基于机载DOAS,本文通过在机载平台测量垂直向下与向上散射光,结合SCIATRAN辐射传输的模拟,采用迭代反演方法获得地表反照率。通过该方法研究了石家庄-保定飞行区域内,不同类型下垫面对应地表反照率的不同。此外,在350-395nm光谱波段内,分别对保定城区中心、城区中部、城区边缘三个区域地表反照率随波长的变化关系进行了分析。最后得出,在350-395nm波段内,三个区域的地表反照率均呈随着波长的增大而渐渐增大。将不同下垫面地表反照率值与中等分辨率成像光谱仪（MODIS）相比,两者结果一致性非常好。通过对不同观测区域地表反照率的比较得出,城区地表反照率大于农田,表明地表反照率可以准确反映下垫面类型。同样采用自行研制的2D MAX-DOAS在2015年6月到2016年5月期间对合肥地区对流层NO2的浓度及时空分布进行了连续监测。由于斜柱浓度是沿路径的积分浓度,不能有效的代表NO2的空间浓度信息,本研究可以根据海拔高度获取的O4浓度及反演得到的O4 SCD计算得到有效光路。结合有效光路和NO2 SCD计算得到NO2体积混合比。研究表明合肥地区NO2日变化方位分布中,NO2高浓度均分布在监测点的东部与东南部,这些方位上主要是经济开发区、工业区和主城区;低浓度均位于监测点的西北和西部方向的农田和树林区域,此结果与环保部监测情况高度一致。全年监测中四季变化分明,冬季NO2平均浓度值最大,春季和秋季较大,夏季最小。NO2在供暖季节的平均浓度是非供暖季节的1.68倍,远远大于非供暖季节。
刘洪麟[9]（2020）在《机载高光谱成像仪光谱定标关键技术研究》文中指出高光谱成像仪作为一种图谱融合的成像技术,已经在精细农业、海洋观测、城市规划、灾害监测等诸多领域得以应用。高光谱成像仪不仅可以获得目标的几何特征,还能够定量化反演得到目标的光谱反射、辐射和吸收特性。由于高光谱成像仪对目标的光谱特征测量精度高度依赖于仪器自身的光谱状态,因此,针对具体的应用场景,都需要对高光谱成像仪进行高精度的光谱标定,才能够通过分析三维立体光谱影像获取有价值的信息来满足任务需求。本论文深入地研究了机载高光谱成像仪的光谱定标关键技术,解决了高光谱成像仪短波模块的实验室光谱定标过程中由水汽所引起的响应畸变问题,并根据水汽自身的光谱吸收特征提出了一种基于水汽的光谱定标方法。此外,本论文根据小尺寸的地面靶标,针对机载光谱仪,提出了一种新的基于大气吸收特征的机上光谱定标算法,解决了大气下垫面对机上光谱定标精度的影响。本论文详细地研究了以上光谱定标关键技术的理论依据和原理,并通过实际的实验数据证明了上述关键技术的有效性和可行性。本论文的主要工作内容和创新成果包括以下方面:1)本论文提出了一种基于单色仪和水汽光谱吸收特性的实验室光谱定标方法,该方法是基于对高光谱成像仪光谱定标原理的详细分析和实验室光谱定标过程中水汽对单色光的吸收现象提出的。实验室水汽光谱定标方法解决了常温常压条件下,高光谱成像仪在1350 nm～1420 nm和1820 nm～1940 nm光波长范围内数字响应曲线失真的问题。实验结果表明,通过引入中心波长偏移量、光谱响应半高宽伸缩量,以及响应效率的变化量,该方法能够使高光谱成像仪在非真空环境下有效的克服由水汽吸收所导致的数字响应曲线偏离其本征高斯型曲线的畸变现象,最大程度的还原仪器在水汽吸收波长范围内的波段本征光谱响应函数,提高了仪器的光谱标定精度。2)本论文通过建立高光谱成像仪的理论响应曲线与实际响应曲线之间的差异度函数,修正了单色仪的系统误差,使短波红外高光谱相机的实验室光谱定标精度从±0.5 nm提升到±0.125 nm,完成了高光谱成像仪短波红外模块的高精确度实验室光谱定标工作。本论文详细阐述了基于单色仪和水汽光谱吸收特性的实验室光谱定标方法的原理和具体实施步骤,并利用机载短波红外高光谱成像仪、单波长半导体激光器对该定标方法进行了可靠性以及有效性分析,系统性的实现了对实验室光谱定标结果的定量化评价。结果表明,高光谱成像仪短波红外模块基于水汽吸收特性的光谱定标方法能够使实验室光谱定标精度优于5%的仪器光谱分辨能力。该方法不仅在光谱定标精度上有所创新,而且还降低了实验室光谱定标的成本,简化了实验操作步骤,也是高光谱成像仪实验室光谱定标方法的创新,为高光谱成像仪的实际应用打下基础。3)本论文提出了一种基于反射率渐变的标准漫反射板的机载高光谱成像仪机上光谱定标方法。该方法针对由实验室和实际飞行环境的差异所导致的高光谱成像仪光谱状态偏移问题进行了深入研究,根据大气中氧气、二氧化碳和水汽对电磁波显着的吸收特性,通过构建模拟与实际等效入瞳辐亮度曲线的差异度函数,完成高光谱相机的机上光谱定标工作。该方法基于图像的非均匀性校正技术,修正了高光谱图像的smile光谱弯曲现象,使得基于小尺寸地面靶标的全视场光谱定标成为可能。4)由复杂类型地物所组成大气下垫面背景对机载高光谱成像仪的机上光谱定标结果有比较大的影响。本论文借助反射率渐变的人工地面朗伯靶标,实现了高光谱飞行图像的大气校正和地物的光谱反射率反演,并对不同类型地物的光谱反射特性对高光谱成像仪机上光谱定标结果的影响进行了深入分析,成功消除了复杂大气下垫面背景对基于大气吸收特征的机上光谱定标结果的影响,降低了机载高光谱成像仪的机上光谱定标不确定度,为高光谱图像的大规模应用打下基础。5)本论文采用基于反射率渐变的地面人工朗伯靶标的机上光谱定标方法,对数十万帧机上高光谱飞行影像的光谱状态予以校正,最终实现高光谱成像仪可见近红外模块的1倍σ机上光谱不确定度为±0.08 nm,2倍σ的光谱不确定度为±0.15 nm,3倍σ的光谱不确定度为±0.23 nm。短波红外模块的1倍σ在轨光谱不确定度为±0.13 nm,2倍σ的光谱不确定度为±0.25 nm,3倍σ的光谱不确定度为±0.38nm。本论文不再使高精度的在轨光谱定标局限于人工地面靶标的布设区域,实现了机载高光谱成像仪对整个飞行过程中光谱状态的监测,本文提出的在轨光谱定标方法的光谱定标精度优于十分之一光谱分辨率,有助于高光谱成像仪实际应用效果的提高。
杜珊珊[10]（2020）在《国产卫星的日光诱导叶绿素荧光反演研究》文中提出日光诱导叶绿素荧光（Solar-induced Chlorophyll Fluorescence,SIF）是自然光照条件下植被叶绿素分子的受激发光现象,发生于植被光合作用的光反应过程中,与线性电子传递速率密切相关。与传统的植被指数和光谱反射率相比,SIF能够更直接地反映植被的真实生理状态,被称为植被光合作用的理想“探针”。近十几年来,SIF遥感引起了各国科学家们的广泛关注。而且越来越多的研究结果表明,卫星平台获取的SIF产品为全球总初级生产力（GPP）的估算提供了一种全新的测量方式。随着光学仪器和卫星传感技术的发展,我国国产卫星（如Tan Sat、GF-5和FY-3D）也具备了SIF探测潜力,但针对国产卫星的SIF遥感反演研究还非常薄弱,几乎处于空白状态。本文围绕国产卫星SIF遥感反演、产品生产与检验的重大需求,开展了地基/塔基的SIF观测、不同波段SIF与GPP的关系探究、陆地生态系统碳监测卫星（TECIS-1）荧光载荷（SIFIS）的指标论证与优化、中国碳卫星（Tan Sat）的SIF遥感反演等一系列研究工作。主要研究内容以及结论如下:（1）为了提供国产卫星的SIF反演研究所需要的地面实测SIF验证数据集以及荧光载荷指标论证所需的模拟数据集,聚焦于SIF光谱野外自动观测这一基础工作,采用了一种新型的SIF野外自动观测系统（SIFSpec）,系统性地介绍了SIFSpec自动观测系统的硬件和软件构成、辐射定标方法和数据采集方法,并给出了地基和塔基观测资料的完整数据处理流程。参与建立了4个SIF光谱野外自动观测系统,并作为中国首个叶绿素荧光野外自动观测网络（China Spec）的重要组成部分,已稳定运行3年。实验结果表明,冠层SIF能够很好地跟踪GPP变化,利用自动观测系统获得的冠层SIF在日尺度和季节变化尺度均能准确估算GPP,为基于国产卫星SIF产品的全球GPP估算奠定了理论基础。（2）针对我国发展叶绿素荧光卫星遥感的重大需求,开展了我国陆地生态系统碳监测卫星（TECIS-1）荧光载荷的指标论证与SIF反演算法研究。首先耦合MODTRAN（Moderate resolution atmospheric TRANsmission）和SCOPE（Soil Canopy Observation Photosynthesis and Energy Balance）模型,得到了高光谱分辨率的SIFIS荧光载荷的仿真数据集;其次利用主成分分析的数据驱动算法反演得到了不同光谱分辨率和信噪比组合下的SIF反演结果,为SIFIS荧光载荷的光谱指标提供了论证和优化结果。对比结果表明,0.1 nm光谱分辨率和127信噪比组合条件下的SIF反演结果最优,远红光和红光波段SIF反演结果的校正后均方根误差（RMS diff*）分别可达到0.15 m W m-2 sr-1 nm-1和0.43 m W m-2 sr-1 nm-1;在SIFIS成像仪预设的光谱分辨率0.3 nm条件下,假如信噪比水平达到450,那么远红光和红光波段的SIF反演精度可达到0.17 m W m-2 sr-1 nm-1和0.47 m W m-2sr-1 nm-1。（3）面向Tan Sat卫星SIF遥感反演研究的需求,发展了基于奇异值分解（SVD）的数据驱动的SIF卫星遥感反演算法。利用SVD数学统计方法,基于Tan Sat卫星观测的非植被区域数据,得到大气光学特性的正交化奇异向量（基波谱）,分析发现利用少数几个基波谱进行线性组合,就可以高精度重构大气辐射传输特性,并同步反演SIF信号。研发了Tan Sat卫星SIF产品生产系统,获得了基于国产卫星Tan Sat的首幅全球叶绿素荧光分布图,能够准确揭示全球植被光合生产力的时空动态特征。利用OCO-2卫星SIF产品、MODIS植被指数和GPP产品数据集对Tan Sat卫星的SIF产品进行了交叉检验与验证,结果具有很好的一致性,与OCO-2卫星SIF、MODIS NDVI、EVI和GPP的线性统计R2分别为0.86、0.78、0.80和0.68,与OCO-2卫星SIF的交叉对比差异为0.168 m W m-2 sr-1 nm-1。这些交叉验证结果表明,Tan Sat卫星SIF产品是可靠的。本文的创新性贡献主要包括:（1）面向国产卫星Tan Sat的SIF反演需求,发展了针对Tan Sat卫星数据特点的数据驱动的SIF反演算法,优化了训练样本选取方式,解决了卫星平台的SIF高精度反演中的困难,建立了Tan Sat卫星SIF遥感产品生产系统,算法残差比国外OCO-2和GOSAT等同类型SIF产品小一个数量级,首次自主生产并发布了基于国产卫星的全球SIF卫星产品。（2）围绕我国发展SIF卫星遥感的重大需求,建立了不同载荷状态的仿真数据集,评估并优化了TECIS-1卫星SIFIS荧光载荷的核心光谱指标,在卫星发射前提供了重要的模拟数据和反演算法模块,分析并评估了PCA数据驱动算法的系统偏差,为我国首个专门荧光卫星载荷研制与产品研发提供了重要技术支撑。
二、星载遥感光谱仪的定标状况（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、星载遥感光谱仪的定标状况（论文提纲范文）
（1）可见近红外天空光波动监测及机载高光谱应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 研究背景与意义 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外现状和发展趋势 |
| 1.2.1 国外发展现状 |
| 1.2.2 国内发展现状 |
| 1.3 研究意义和主要研究内容 |
| 第2章 天空光监视器的技术研究 |
| 2.1 天空光监视器原理 |
| 2.1.1 天空光辐射传输模型 |
| 2.1.2 硬件组成及系统工作模型 |
| 2.1.3 系统工作模型 |
| 2.2 天空光监视器的同步辐射定标 |
| 2.2.1 定标设备选用原则 |
| 2.2.2 定标原理与流程 |
| 2.3 场景分析与精度测试 |
| 2.3.1 光纤端口状态测试 |
| 2.3.2 天空光变化测试 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于天空光监视器的相对辐射校正与反射率反演模型 |
| 3.1 相对辐射校正 |
| 3.1.1 现有技术路线 |
| 3.1.2 基于天空光的相对辐射校正模型 |
| 3.2 相对辐射校正的评价体系 |
| 3.2.1 数据离散度的分析方法 |
| 3.2.2 基于天空光相对辐射校正的评价模型 |
| 3.3 反射率反演 |
| 3.3.1 实现场景与意义 |
| 3.3.2 现有技术路线 |
| 3.3.3 基于天空光的反射率反演模型 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 对机载高光谱成像的相对辐射校正及反射率反演结果 |
| 4.1 外场飞行试验 |
| 4.1.1 可见近红外模块 |
| 4.1.2 第一次飞行试验 |
| 4.1.3 第二次飞行试验 |
| 4.2 适应机载飞行的系统搭建和天空光采集 |
| 4.2.1 天空光监视器平台的搭建 |
| 4.2.2 机场同步定标 |
| 4.2.3 航区天空光 |
| 4.3 相对辐射校正 |
| 4.3.1 截断区域选定图像 |
| 4.3.2 天空光数据匹配 |
| 4.3.3 偏置向量 |
| 4.3.4 校正系数矩阵和相对辐射校正结果 |
| 4.4 反射率反演 |
| 4.4.1 航区地面采样点和实测反射率 |
| 4.4.2 异常点检测 |
| 4.4.3 反射率反演图像和采样点反演反射率 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 结果评价与误差分析 |
| 5.1 局部区域图像相对辐射校正结果评价 |
| 5.1.1 局部对比图 |
| 5.1.2 局部放大区块 |
| 5.1.3 评价参考点与校正参考点 |
| 5.2 截断区域图像相对辐射校正结果评价 |
| 5.2.1 二值化图像 |
| 5.2.2 校正前后的散点图 |
| 5.2.3 精度评估 |
| 5.3 反射率反演结果评价 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 主要的研究成果 |
| 6.2 论文的创新性体现 |
| 6.3 未来的研究方向 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（2）偏振交火航空验证关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 偏振遥感技术发展现状 |
| 1.2.1 星载偏振遥感技术发展现状 |
| 1.2.2 机载偏振遥感技术发展现状 |
| 1.3 多载荷多手段综合探测 |
| 1.4 本论文研究的必要性 |
| 1.5 本论文的研究内容 |
| 第2章 偏振交火原理及系统验证需求分析 |
| 2.1 偏振交火技术工作原理 |
| 2.1.1 偏振交火遥感器测量原理 |
| 2.1.2 偏振交火关键技术 |
| 2.2 偏振交火误差敏感性分析 |
| 2.3 机载验证系统验证目标及需求分析 |
| 2.3.1 机载验证系统验证目标 |
| 2.3.2 机载验证系统需求分析 |
| 2.4 机载平台配置要素 |
| 2.4.1 差异性 |
| 2.4.2 可验证性 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 偏振交火航空验证系统 |
| 3.1 同平台偏振仪器 |
| 3.1.1 高精度偏振扫描仪 |
| 3.1.2 同时偏振相机 |
| 3.1.3 数据预处理方法 |
| 3.2 航空验证平台电控系统设计 |
| 3.2.1 数据采集与控制单元 |
| 3.2.2 姿态位置测量单元 |
| 3.2.3 热控方案设计 |
| 3.2.4 采集软件设计 |
| 3.2.5 工作流程设计 |
| 3.2.6 时统方案设计 |
| 3.3 空间响应一致性设计 |
| 3.3.1 SIPC图像配准 |
| 3.3.2 基于空间响应的POSP与SIPC视场匹配 |
| 3.4 实验室定标 |
| 3.4.1 POSP实验室定标 |
| 3.4.2 SIPC实验室定标 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 同平台偏振仪器地理定位方法研究 |
| 4.1 POS辅助航空定位基本原理 |
| 4.1.1 POS系统概述 |
| 4.1.2 POS系统测量原理 |
| 4.2 相关坐标系及其转换 |
| 4.2.1 相关坐标系 |
| 4.2.2 坐标系之间的转换 |
| 4.3 SIPC几何标定 |
| 4.4 同平台双偏振仪器地理定位及校正方法 |
| 4.5 地理定位精度分析 |
| 4.5.1 地理定位主要误差源 |
| 4.5.2 地理定位误差模型 |
| 4.5.3 地理定位误差仿真 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 同平台偏振仪器实验验证研究 |
| 5.1 地面验证试验 |
| 5.1.1 实验设置 |
| 5.1.2 光谱匹配 |
| 5.1.3 数据比对 |
| 5.1.4 偏差分析 |
| 5.2 机载验证试验 |
| 5.2.1 实验情况 |
| 5.2.2 地理定位及空间响应验证 |
| 5.2.3 交叉定标验证 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 论文工作的总结 |
| 6.2 论文的创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 英文简写 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文 |
（3）面向城市河道的无人机高光谱遥感水质监测研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状及趋势 |
| 1.2.1 透明度反演的研究现状 |
| 1.2.2 内陆水体污染监测反演趋势 |
| 1.3 论文内容及技术路线 |
| 第2章 数据获取和数据预处理 |
| 2.1 实验仪器介绍 |
| 2.1.1 高光谱无人机 |
| 2.1.2 地面高光谱仪 |
| 2.2 研究区概况 |
| 2.3 地面高光谱数据获取 |
| 2.3.1 水面以上水体信号构成 |
| 2.3.2 观测几何设计 |
| 2.4 无人机高光谱数据预处理 |
| 2.4.1 传感器辐射定标 |
| 2.4.2 场地辐射校正 |
| 2.4.3 影像去噪 |
| 2.4.4 几何校正 |
| 2.4.5 水陆分界 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 水质参数反演模型构建 |
| 3.1 随机森林 |
| 3.2 Adaboost |
| 3.3 GBDT |
| 3.4 XGBoost |
| 3.5 反演评价指标 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 基于无人机高光谱影像的水质参数反演 |
| 4.1 第一个研究区:沙湖港 |
| 4.2 第二个研究区:巡司河 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 研究结论 |
| 5.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（4）星载大气痕量气体差分吸收光谱仪NO2反演算法研究及应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 大气污染气体的监测及研究意义 |
| 1.2 卫星遥感监测大气痕量气体 |
| 1.2.1 基于差分吸收光谱技术的大气监测 |
| 1.2.2 大气痕量气体差分吸收光谱仪及其参数介绍 |
| 1.2.3 EMI数据产品说明 |
| 第2章 差分吸收光谱技术原理及应用 |
| 2.1 基于吸收光谱学分析大气成分 |
| 2.2 DOAS基本概念及原理 |
| 2.2.1 经典吸收光谱理论概要 |
| 2.2.2 DOAS原理 |
| 2.2.3 EMI的NO_2斜柱浓度反演 |
| 2.3 大气质量因子计算及辐射传输模型 |
| 2.3.1 大气化学模型在反演中的应用 |
| 2.3.2 大气质量因子计算 |
| 2.3.3 辐射传输模型 |
| 2.3.4 查找表的创建 |
| 第3章 针对EMI光谱反演NO_2浓度的算法优化 |
| 3.1 基于AHP算法对NO_2最优反演波段选取的理论方案及建立 |
| 3.2 光谱拟合残差结构的去除方案及比较 |
| 3.3 结果验证和实验结果分析 |
| 3.4 小结 |
| 第4章 EMI NO_2数据产品的条带现象剖析和处理 |
| 4.1 条带噪声的产生原因及分类 |
| 4.2 基于EMI NO_2的条带处理方法 |
| 4.3 结果验证和分析 |
| 4.3.1 实验模拟及效果评估 |
| 4.3.2 真实实验结果及验证 |
| 4.4 小结 |
| 第5章 EMI NO_2总柱浓度的对流层-平流层分层 |
| 5.1 NO_2在对流层和平流层中的分布情况概要 |
| 5.2 NO_2平流层对流层分离方法 |
| 5.3 基于STREAM的EMI NO_2的对流层平流层分层技术 |
| 5.4 小结 |
| 第6章 EMI NO_2数据产品验证和应用 |
| 6.1 EMI NO_2数据产品验证 |
| 6.1.1 京津冀地区地基多轴DOAS实验设置及反演 |
| 6.1.2 星-地对流层NO_2柱浓度对比及相关性分析 |
| 6.1.3 星-地对流层NO_2柱浓度不确定度分析 |
| 6.2 利用EMI对华北地区NO_2分布及变化趋势分析 |
| 6.3 基于EMINO_2数据产品对澳大利亚森林火灾监测 |
| 6.4 小结 |
| 第7章 总结和展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（5）海洋石油污染监测主动高光谱探测关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国外激光雷达发展情况 |
| 1.2.1 单波长探测 |
| 1.2.2 多波长探测 |
| 1.2.3 超连续谱探测 |
| 1.3 高光谱遥感技术的发展及应用 |
| 1.3.1 高光谱遥感技术发展历史 |
| 1.3.2 高光谱遥感在沿海监测中的应用 |
| 1.3.3 高光谱遥感溢油识别研究 |
| 1.4 高光谱激光雷达发展现状 |
| 1.5 研究的内容及意义 |
| 第2章 高光谱激光雷达技术理论 |
| 2.1 高光谱遥感概述 |
| 2.1.1 高光谱遥感技术 |
| 2.1.2 高光谱与多光谱成像技术差异 |
| 2.1.3 高光谱吸收及诊断特征 |
| 2.2 高光谱海面溢油遥感理论 |
| 2.2.1 水体遥感数据分析 |
| 2.2.2 海面反射波谱特征 |
| 2.2.3 大气对激光传输的影响 |
| 2.2.4 溢油油膜厚度识别分析 |
| 2.3 高光谱激光雷达技术 |
| 2.3.1 高光谱激光雷达探测原理与特点 |
| 2.3.2 高光谱激光雷达验证波段范围 |
| 2.3.3 高光谱激光雷达系统 |
| 2.3.4 高光谱激光雷达方程 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 高光谱激光雷达系统设计 |
| 3.1 超连续谱激光器 |
| 3.2 探测器选择 |
| 3.3 激光扩束器系统理论 |
| 3.4 高光谱接收单元 |
| 3.5 光学系统设计 |
| 3.5.1 系统初始光学结构选型 |
| 3.5.2 系统光学结构设计 |
| 3.5.3 望远系统像质评价 |
| 3.6 机械结构 |
| 3.6.1 整体结构 |
| 3.6.2 力学分析 |
| 3.7 信噪比估算 |
| 3.7.1 可见光相机信噪比 |
| 3.7.2 高光谱探测器信噪比 |
| 3.8 本章小结 |
| 第4章 高光谱激光雷达原理样机性能评价及定量化研究 |
| 4.1 空间分辨率检测 |
| 4.2 原理样机光谱性能 |
| 4.2.1 原理样机的光谱范围 |
| 4.2.2 原理样机接收系统的波长定标 |
| 4.2.3 原理样机的动态范围测试 |
| 4.3 高光谱激光雷达定量化研究 |
| 4.3.1 定量化标准光源 |
| 4.3.2 定量化标准源传递 |
| 4.3.3 辐射亮度计算 |
| 4.3.4 光谱辐亮度响应度定标 |
| 4.4 可见光相机响应均匀性定标 |
| 4.5 MTF检测 |
| 4.6 焦距测量 |
| 4.7 视场核算与测量 |
| 4.8 系统线性度检测 |
| 4.8.1 同一积分时间下线性 |
| 4.8.2 同一信号下线性对应 |
| 4.9 信噪比检测 |
| 4.10 本章小结 |
| 第5章 海面原油溢油模拟测试分析 |
| 5.1 油膜光谱传输理论 |
| 5.2 实验平台搭建 |
| 5.3 白天光谱探测 |
| 5.4 夜晚光谱探测 |
| 5.5 不同水温光谱探测 |
| 5.6 可见光相机探测 |
| 5.7 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 论文创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（6）星载大气痕量气体差分吸收光谱仪辐射定标专用转台设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题来源及主要任务 |
| 1.2 大气污染现状及监测手段 |
| 1.2.1 大气污染现状 |
| 1.2.2 主要监测手段 |
| 1.2.3 卫星遥感监测 |
| 1.3 星载光谱仪定标技术 |
| 1.3.1 光谱仪定标 |
| 1.3.2 光谱定标 |
| 1.3.3 辐射定标 |
| 1.4 大气痕量气体差分吸收光谱仪BSDF定标 |
| 1.4.1 大气痕量气体差分吸收光谱仪光谱仪概述 |
| 1.4.2 大气痕量气体差分吸收光谱仪光学系统 |
| 1.4.3 大气痕量气体差分吸收光谱仪整机BSDF定标需求 |
| 1.5 主要研究内容 |
| 第2章 转台设计 |
| 2.1 国内外转台研究进展和发展趋势 |
| 2.2 二维转台总体方案 |
| 2.2.1 二维转台设计需求及指标 |
| 2.2.2 转台结构形式 |
| 2.3 俯仰轴系设计 |
| 2.3.1 轴系结构 |
| 2.3.2 结构件设计 |
| 2.3.3 轴承选型与校核 |
| 2.3.4 轴系装配与连接 |
| 2.4 方位轴系设计 |
| 2.4.1 轴系结构 |
| 2.4.2 轴承选型 |
| 2.4.3 轴的强度校核 |
| 2.5 驱动部件选型与计算 |
| 2.5.1 减速机选型 |
| 2.5.2 电机选型与计算 |
| 2.5.3 编码器选型 |
| 第3章 有限元分析 |
| 3.1 有限元分析基础 |
| 3.1.1 有限单元法简介 |
| 3.1.2 有限元分析原理 |
| 3.1.3 分析步骤 |
| 3.2 分析平台 |
| 3.2.1 三维几何建模软件介绍 |
| 3.2.2 有限元分析软件介绍 |
| 3.3 二维转台静力结构分析 |
| 3.3.1 静力学分析 |
| 3.3.2 静力学分析过程 |
| 3.3.3 静力学分析结果 |
| 3.4 二维转台动态特性分析 |
| 3.4.1 模态分析 |
| 3.4.2 模态分析过程 |
| 3.4.3 模态分析结果 |
| 第4章 光谱仪定标测试 |
| 4.1 定标光路辐照度实验 |
| 4.2 实验过程 |
| 4.3 测试结果 |
| 4.4 主光路测试 |
| 4.4.1 光谱定标测试 |
| 4.4.2 实验结果 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文、获取专利列表 |
| 致谢 |
（7）基于红外高光谱数据的对流层风场探测方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 风场反演研究现状 |
| 1.2.1 风场探测手段 |
| 1.2.2 风场探测发展趋势 |
| 1.3 红外高光谱大气观测对风场测量的作用 |
| 1.3.1 红外高光谱大气观测风场反演概念 |
| 1.3.2 HIRAS及同类星载红外高光谱探测仪概况 |
| 1.4 论文主要研究内容及结构安排 |
| 第2章 红外高光谱探测和遥感基本原理 |
| 2.1 红外高光谱仪器探测原理 |
| 2.1.1 典型傅里叶变换光谱仪结构及分光原理 |
| 2.1.2 HIRAS光学系统及分光原理 |
| 2.1.3 实际干涉图数据获取 |
| 2.2 星载红外高光谱仪器数据处理 |
| 2.2.1 干涉图反演光谱信息的数据处理流程 |
| 2.2.2 数据处理过程的部分重要环节 |
| 2.3 红外高光谱卫星数据遥感原理 |
| 2.3.1 大气成分红外吸收带及大气分层结构 |
| 2.3.2 大气红外辐射传输基本原理 |
| 2.3.3 反演方法原理 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于交叉比对方法评估HIRAS辐射定标性能研究 |
| 3.1 交叉比对方法应用概况 |
| 3.2 红外高光谱辐射数据集 |
| 3.2.1 FY3D/HIRAS L1 级产品 |
| 3.2.2 MetOp-A/IASI、MetOp-B/IASI L1C级产品 |
| 3.2.3 Suomi NPP/CrIS L1 级产品 |
| 3.2.4 数据实际应用中的切趾处理 |
| 3.3 HIRAS交叉比对算法 |
| 3.3.1 比对流程 |
| 3.3.2 数据匹配 |
| 3.3.3 光谱匹配 |
| 3.4 交叉比对实验及结果 |
| 3.4.1 比对样本分布 |
| 3.4.2 光谱辐射数据偏差评估 |
| 3.4.3 偏差监测情况 |
| 3.4.4 比对结果的一致性分析结论 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于HIRAS资料反演温湿度廓线 |
| 4.1 大气辐射传输正演模型 |
| 4.1.1 LBLRTM |
| 4.1.2 RTTOV |
| 4.2 反演系统构建 |
| 4.2.1 目标函数及迭代求解 |
| 4.2.2 反演流程及参数配置 |
| 4.3 HIRAS红外高光谱数据反演温湿度廓线 |
| 4.3.1 数据选择 |
| 4.3.2 精度评估方法 |
| 4.3.3 温度廓线反演结果 |
| 4.3.4 湿度廓线反演结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 基于红外高光谱数据的风场反演研究 |
| 5.1 风场反演算法介绍 |
| 5.1.1 算法基本流程 |
| 5.1.2 数据预处理 |
| 5.1.3 目标追踪与高度分配 |
| 5.1.4 质量控制和风场精度验证 |
| 5.2 FY3D/HIRAS与 Suomi NPP/CrIS风场测量可行性研究 |
| 5.2.1 数据选择 |
| 5.2.2 数据图像预处理 |
| 5.2.3 风速计算 |
| 5.2.4 初步实验分析 |
| 5.3 FY3D/HIRAS与 NOAA20/CrIS红外高光谱数据水汽通道测风 |
| 5.3.1 数据交叉匹配 |
| 5.3.2 数据预处理 |
| 5.3.3 风速计算结果分析验证 |
| 5.3.4 跨平台测风小结 |
| 5.4 红外高光谱仪器测风体系 |
| 5.4.1 测风体系概念 |
| 5.4.2 红外高光谱测风仪器关键参数 |
| 5.4.3 灵敏度分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（8）基于多平台DOAS技术大气光学特性参数反演算法研究及应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 意义与目的 |
| 1.2 基于多平台大气光学特性参数反演算法研究现状 |
| 1.2.1 星载平台云参数反演现状 |
| 1.2.2 基于机载平台地表反照率研究现状 |
| 1.2.3 痕量气体有效光路研究现状 |
| 1.3 差分吸收光谱技术(DOAS) |
| 1.3.1 DOAS技术概述 |
| 1.3.2 DOAS技术的分类 |
| 1.4 基于DOAS多平台大气遥感监测 |
| 1.4.1 地基平台遥感监测 |
| 1.4.2 移动平台遥感监测 |
| 1.4.3 机载平台遥感监测 |
| 1.4.4 星载平台遥感监测 |
| 1.5 论文研究内容 |
| 第2章 被动差分吸收光谱技术原理及应用 |
| 2.1 DOAS基本原理 |
| 2.1.1 夫琅禾费结构 |
| 2.1.2 Ring效应 |
| 2.2 被动DOAS原理 |
| 2.3 DOAS测量原理 |
| 2.4 大气质量因子(AMF) |
| 2.4.1 大气质量因子(AMF)计算 |
| 2.4.2 SCIATRAN辐射传输模型 |
| 2.5 光谱处理 |
| 2.5.1 暗背景扣除 |
| 2.5.2 光谱波长校正 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 基于多平台DOAS技术大气光学特性参数反演算法 |
| 3.1 星载平台云参数反演算法研究 |
| 3.1.1 云参数反演算法基本原理 |
| 3.1.2 查找表的创建 |
| 3.1.3 温度校正 |
| 3.2 机载平台地表反照率反演算法研究 |
| 3.2.1 光谱测量方法 |
| 3.2.2 算法原理 |
| 3.3 地基平台利用有效光路计算NO_2体积混合比的方法研究 |
| 3.3.1 下部分复杂背景的计算 |
| 3.3.2 上部分单一背景的计算 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 星载平台云参数反演算法在EMI中的应用 |
| 4.1 EMI介绍 |
| 4.1.1 EMI系统组成 |
| 4.1.2 EMI技术指标及在轨工作模式 |
| 4.2 DOAS拟合 |
| 4.2.1 EMI O_4斜柱浓度的反演 |
| 4.2.2 O_4斜柱浓度的条带去除 |
| 4.3 反射率校正 |
| 4.4 温度校正 |
| 4.5 云量反演 |
| 4.5.1 云量反演结果 |
| 4.5.2 与OMI卫星产品有效云量对比 |
| 4.6 云压反演 |
| 4.6.1 云压反演结果 |
| 4.6.2 与OMI卫星产品云压对比 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 机载平台地表反照率反演算法的应用 |
| 5.1 实验场地及仪器监测 |
| 5.2 数据处理 |
| 5.3 结果分析与讨论 |
| 5.3.1 不同地区地表反照率的比较及验证 |
| 5.3.2 紫外波段地表反照率的变化 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 有效光路计算体积混合比的应用 |
| 6.1 实验观测地点 |
| 6.2 仪器系统结构 |
| 6.3 NO2体积混合比的计算 |
| 6.3.1 DOAS拟合 |
| 6.3.2 NO_2体积混合比转换过程 |
| 6.4 NO_2体积混合比时空分布特征 |
| 6.4.1 NO_2日变化及水平分布特征 |
| 6.4.2 NO_2方位分布 |
| 6.4.3 NO_2季节变化 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 主要结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（9）机载高光谱成像仪光谱定标关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 研究背景与意义 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 高光谱成像仪的发展及其光谱定标技术的国内外研究现状 |
| 1.2.1 高光谱成像仪实验室光谱定标技术研究现状 |
| 1.2.2 高光谱成像仪在轨光谱定标技术研究现状 |
| 1.3 高光谱成像仪光谱定标关键技术概述 |
| 1.4 研究意义和主要研究内容 |
| 第2章 机载高光谱成像仪光谱定标的物理基础 |
| 2.1 机载高光谱成像仪的总体技术 |
| 2.1.1 高光谱成像仪的分光原理 |
| 2.1.2 高光谱成像仪的成像技术 |
| 2.1.3 典型高光谱成像仪的系统结构分解及其指标参数 |
| 2.2 机载高光谱成像仪光谱标定的物理原理和主要内容 |
| 2.2.1 高光谱成像仪光谱定标的物理原理 |
| 2.2.2 高光谱成像仪光谱定标的主要内容 |
| 2.3 高光谱成像仪光谱标定方法及关键技术分析 |
| 2.3.1 实验室光谱定标方法及关键技术分析 |
| 2.3.2 在轨光谱定标方法及关键技术分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 机载成像光谱仪实验室光谱定标关键技术研究 |
| 3.1 成像光谱仪的实验室光谱定标方法简述及主要问题 |
| 3.2 基于水汽吸收特征的实验室光谱定标方法 |
| 3.3 实验室光谱定标结果分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 机载高光谱成像仪机上光谱定标关键技术研究 |
| 4.1 对地观测载荷的成像过程及大气辐射传输机理 |
| 4.2 高光谱成像仪机上光谱定标原理及算法 |
| 4.2.1 辐射传输系数的测量方法 |
| 4.2.2 机上光谱图像的非均匀性校正对机上光谱定标的必要性 |
| 4.2.3 太阳直射经纬度的计算方法 |
| 4.3 大气下垫面背景对机上光谱定标结果影响的修正 |
| 4.3.1 BP神经网络的概述 |
| 4.3.2 基于BP神经网络的大气下垫面背景对机上光谱定标结果影响效应的剔除 |
| 4.3.3 机上光谱定标方法的有效性和不确定度分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 主要研究成果 |
| 5.2 论文的创新性体现 |
| 5.3 未来的研究方向 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（10）国产卫星的日光诱导叶绿素荧光反演研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 地面平台的叶绿素荧光遥感反演 |
| 1.2.2 地面平台的SIF野外自动观测系统 |
| 1.2.3 卫星平台的SIF遥感反演 |
| 1.2.4 具备SIF反演潜力的卫星传感器 |
| 1.2.5 SIF卫星遥感产品 |
| 1.2.6 SIF与光合生产力的关系及其不确定性 |
| 1.3 本文研究内容与章节设置 |
| 第2章 地基/塔基的SIF观测研究 |
| 2.1 SIF自动观测系统 |
| 2.1.1 SIF自动观测系统构成 |
| 2.1.2 SIF自动观测系统的辐射定标 |
| 2.1.3 SIF自动观测系统的数据采集 |
| 2.1.4 地基/塔基SIF自动观测系统的数据处理 |
| 2.2 SIF自动观测网络 |
| 2.2.1 SIF自动观测网络构建 |
| 2.2.2 SIF自动观测系统架设 |
| 2.2.3 SIF自动观测网络碳通量数据处理 |
| 2.3 基于地面实数据的SIF与 GPP关系探究 |
| 2.3.1 塔基自动观测SIF变化规律与环境响应特征 |
| 2.3.2 冠层SIF对 APAR的响应及叶绿素荧光降尺度研究 |
| 2.3.3 基于冠层和光系统SIF的 GPP估算模型与精度评价 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 陆地生态系统碳监测卫星荧光载荷的指标论证与优化 |
| 3.1 陆地生态系统碳监测卫星及其载荷设置 |
| 3.1.1 陆地生态系统碳监测卫星—TECIS-1简介 |
| 3.1.2 陆地生态系统碳监测卫星荧光载荷—SIFIS简介 |
| 3.2 TECIS-1卫星数据仿真与模拟数据集 |
| 3.2.1 SCOPE和 MODTRAN5 模型参数设置 |
| 3.2.2 SIFIS载荷高光谱仿真数据集 |
| 3.3 基于PCA数据驱动的TECIS-1 卫星SIF遥感反演算法 |
| 3.3.1 基于PCA数据驱动的SIF卫星遥感反演方法 |
| 3.3.2 SIF反演结果的精度评价参数的计算 |
| 3.3.3 基于PCA数据驱动算法的SIF反演结果 |
| 3.4 TTECIS-1 卫星荧光载荷的指标论证与优化 |
| 3.5 基于PCA数据驱动SIF反演算法的偏差校正 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 TanSat卫星的SIF反演与验证 |
| 4.1 TanSat卫星简介 |
| 4.2 TanSat卫星SIF遥感反演算法 |
| 4.2.1 TanSat卫星光谱数据获取与定标 |
| 4.2.2 基于SVD数据驱动的SIF卫星遥感反演方法 |
| 4.2.3 非植被区域的训练样本选择策略 |
| 4.2.4 TanSat卫星SIF反演的系统误差校正和质量控制方法 |
| 4.3 TanSat卫星SIF反演结果及误差分析 |
| 4.3.1 TanSat卫星训练样本产生的奇异值分解结果 |
| 4.3.2 TanSat卫星星上辐亮度拟合残差结果 |
| 4.3.3 TanSat卫星SIF反演的全球分布结果 |
| 4.3.4 TanSat卫星SIF反演产品的误差分析 |
| 4.4 TanSat卫星SIF产品的交叉对比与真实性检验 |
| 4.4.1 TanSat与 OCO-2 卫星SIF产品的空间分布对比 |
| 4.4.2 TanSat SIF产品与其它遥感产品的时序对比分析 |
| 4.4.3 TanSat SIF产品与其它遥感数据集的定量对比分析 |
| 4.5 TanSat卫星SIF产品的生产与共享 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 主要创新点 |
| 5.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
四、星载遥感光谱仪的定标状况（论文参考文献）
- [1]可见近红外天空光波动监测及机载高光谱应用研究[D]. 周世尧. 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2021(01)
- [2]偏振交火航空验证关键技术研究[D]. 李朕阳. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [3]面向城市河道的无人机高光谱遥感水质监测研究[D]. 王宙. 湖北大学, 2021(02)
- [4]星载大气痕量气体差分吸收光谱仪NO2反演算法研究及应用[D]. 杨东上. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [5]海洋石油污染监测主动高光谱探测关键技术研究[D]. 李晶. 长春理工大学, 2021(01)
- [6]星载大气痕量气体差分吸收光谱仪辐射定标专用转台设计[D]. 朱磊. 合肥学院, 2020(02)
- [7]基于红外高光谱数据的对流层风场探测方法研究[D]. 杨天杭. 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2020(03)
- [8]基于多平台DOAS技术大气光学特性参数反演算法研究及应用[D]. 杨太平. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [9]机载高光谱成像仪光谱定标关键技术研究[D]. 刘洪麟. 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2020(03)
- [10]国产卫星的日光诱导叶绿素荧光反演研究[D]. 杜珊珊. 中国科学院大学(中国科学院空天信息创新研究院), 2020(06)