最新刊期
      2014 年 第 18 卷 5 期

        嫦娥三号遥感制图与定位专栏

      • 刘召芹,万文辉,彭嫚,赵强,徐斌,刘斌,刘一良,邸凯昌,李立春,于天一,王保丰,周建亮,陈宏敏
        2014, 18(5): 971-980. DOI: 10.11834/jrs.20144072
        摘要：系统介绍了嫦娥三号遥操作中基于影像的遥感制图与导航定位技术的应用方法。利用降落相机序列影像实现了嫦娥三号着陆器在嫦娥二号卫星影像上的高精度定位,并生成了着陆区高精度3维制图产品;利用导航相机立体影像生成巡视器周围地形产品,采用站间影像匹配定位和DOM匹配的方式实现了玉兔号月球车的连续高精度定位;将高精度的定位结果和制图产品应用于月球车遥操作任务规划中,为月球车的安全行驶和科学探测提供了精准的定位和3维地形信息。月球车月面巡视探测工作的顺利完成,验证了这些应用技术的可靠性。  
        关键词：嫦娥三号;遥感制图;导航定位;遥操作;降落相机;导航相机   
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        发布时间：2021-06-10
      • 刘斌,徐斌,刘召芹,刘一良,邸凯昌,唐歌实,周建亮
        2014, 18(5): 981-987. DOI: 10.11834/jrs.20144071
        摘要：嫦娥三号降落相机在探测器实施软着陆的过程中获取了大量序列月面图像,这些图像不仅为公众提供了可视化的着陆过程,而且为着陆器在卫星遥感影像上的高精度定位提供了数据基础。在分析这些序列图像成像几何特性的基础上,提出一种利用降落序列图像进行嫦娥三号着陆器轨迹及姿态恢复的方法。首先通过序列影像进行自由网平差,建立各降落影像及月面的相对位置和姿态关系;然后通过量测卫星遥感影像及降落影像上月面标志物的尺寸,求解出建立的相对模型的尺度,从而恢复出序列降落影像在着陆过程中的带尺寸的位置和姿态;最后通过降落影像的密集匹配,完成着陆区域月表3维模型的重建。本文充分挖掘了降落相机的应用潜力,为嫦娥三号着陆任务中后续科学探测工作提供了高精度的数据支持。  
        关键词：嫦娥三号;降落相机影像;轨迹恢复;光束法平差;3维重建   
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        发布时间：2021-06-10
      • 赵强,刘召芹,万文辉,李巍,孙义威,邸凯昌,周建亮,席露华,铁伟涛
        2014, 18(5): 988-994. DOI: 10.11834/jrs.20144070
        摘要：嫦娥三号探测器系统两器分离是着陆后进行的第一个关键动作,也是后续着陆器探测和巡视器月面巡视勘察的基础,解决两器安全分离问题对于整个工程的实施具有重要意义。针对实际任务中对分离决策实时性和可靠性要求高的特点,使用基于着陆器监视相机的单像量测方法对月面环境中障碍物和通信遮挡包络进行分析计算,评估两器分离过程中的不安全因素,为两器分离决策提供支持。介绍了监视相机单像量测和通信遮挡包络计算方法,并对量测精度进行了分析验证。  
        关键词：嫦娥三号;两器分离;单像量测;月面障碍;通信遮挡包络   
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      • 彭嫚,万文辉,吴凯,刘召芹,李力,邸凯昌,李立春,苗毅,詹磊
        2014, 18(5): 995-1002. DOI: 10.11834/jrs.20144073
        摘要：基于立体相机成像模型并结合相机参数对嫦娥三号导航相机3维测图能力进行分析,利用摄影测量原理和误差传播定律对巡视器30 m范围内的DEM精度进行了理论分析,推导出导航相机立体影像获得的采样点精度公式,并绘制了DEM的平面精度图和高程精度图;同时使用多线程技术开发了基于导航相机立体影像的地形快速重建算法,利用多线程技术完成影像的特征匹配和密集匹配,并通过分块内插生成DEM。该技术应用于嫦娥三号任务中,有力地支持了嫦娥三号遥操作路径规划相关任务。  
        关键词：嫦娥三号;月表地形重建;DEM;精度分析   
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        发布时间：2021-06-10

        综述

      • 周敏强,张兴赢,王舒鹏,王普才
        2014, 18(5): 1003-1010. DOI: 10.11834/jrs.20143316
        摘要：卫星遥感器中的CO21.6μm弱吸收带通道测量信号可以反映CO2的近地层浓度分布,是温室气体卫星反演的重要通道之一。HITRAN数据库是建立卫星遥感CO2浓度算法依赖的重要分子光谱参数数据库,目前已经更新到了2012版,不同版本中大气分子谱线参数存在差异。本文利用逐线积分模式LBLRTM,研究了最近3个版本HITRAN数据库（04、08、12版）在CO2的弱吸收带通道上大气光学厚度、透过率的差异,发现04版计算的气体光学厚度普遍偏高,可对CO2造成约38 ppm的低估;08版本得到的气体光学厚度与12版本接近,反演相差2 ppm以内。在此基础上,分析了不同HITRAN数据库对整层CO2变化和近地层CO2变化的敏感性,结果表明:04版对整层和近地面大气的变化敏感性最强,并且放大了近地层信号;08版与12版对整层或近地层CO2的敏感度接近,两者经过卷积后得到的信号无差异。  
        关键词：HITRAN;CO2;卫星反演;辐射传输特性   
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        发布时间：2021-06-10
      • 吴小丹,肖青,闻建光,刘强,彭菁菁,李小文
        2014, 18(5): 1011-1023. DOI: 10.11834/jrs.20143332
        摘要：不确定性分析是遥感产品真实性检验最重要的部分,本文以叶面积指数LAI为例,从测量、模型以及蕴含在测量和模型中的尺度效应3个方面分析产品真实性检验过程的不确定性来源,并针对问题提出减小其不确定性的办法。对于相对均一的地表,地面测量的空间代表性比较好,可不考虑地表空间代表性引起的尺度效应和蕴含在模型中的尺度效应引起的不确定性。针对异质性地表,分为两种情况:若模型是线性的,蕴含在模型中的尺度效应可以忽略,只需要考虑测量的不确定性、模型本身的不确定性、以及地面测量的空间代表性引起的尺度效应;若模型是非线性的,则测量、模型和蕴含在测量和模型中的尺度效应引起的不确定性都需要考虑。  
        关键词：叶面积指数（LAI）;真实性检验;不确定性;尺度效应;测量;模型   
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        发布时间：2021-06-10

        技术方法

      • 李琴洁,杨学志,吴克伟,薛丽霞,郎文辉
        2014, 18(5): 1024-1033. DOI: 10.11834/jrs.20143230
        摘要：针对传统Gamma混合模型用于SAR图像分割时忽略像素间空间相关性,导致分割结果不连续并产生大量误分割的现象,提出了区域Gamma混合模型的SAR图像分割算法。首先对图像进行分水岭分割,得到过分割区域块,然后将其作为输入样本进行基于Gamma混合模型的聚类,在模型的参数估计过程中进一步考虑区域间的空间相关性,设计邻域因子融入到迭代过程,得到邻域加权类分布概率。该算法充分利用像素间的空间相关性,能够降低噪声对分割结果的影响。通过合成图像和真实SAR图像的实验表明,本文算法能够实现SAR图像的准确分割。  
        关键词：合成孔径雷达;分水岭;Gamma混合模型;邻域因子;EM算法   
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        发布时间：2021-06-10
      • 何艳,金炜,刘箴,符冉迪,田文哲
        2014, 18(5): 1034-1047. DOI: 10.11834/jrs.20143281
        摘要：针对卫星云图数据量大,但传输通道和存储空间相对狭小的问题,本文基于Tetrolet变换,利用相邻时次云图的时空相关性,实现了一种高重构质量的卫星云图压缩感知方法。该方法将善于表达图像方向纹理及边缘信息的Tetrolet变换引入压缩感知的稀疏表示环节,从而很好地体现了卫星云图细节丰富、纹理结构复杂的特性;同时,考虑到卫星云图序列间的相关性,将时间相邻的卫星云图组成图像组,以中间时刻云图作为参考图像,计算其与相邻时次云图的差异,通过在参考图片及序列差异图片间合理分配采样率,获取测量数据,在压缩感知框架下,采用带平滑处理的投影Landweber算法,重构出相邻时次的图像组。实验结果表明,Tetrolet变换适用于卫星云图的稀疏表示,而且图像组时空相关性的利用可显著提高重构云图的视觉效果及客观评价指标;在采样率低于0.2时,红外1、水汽和可见光3个通道重构云图的峰值信噪比（PSNR）较传统方法平均提高了7.48 dB,13.51 dB和6.15 dB。由此可见,本文方法可以通过获取少数随机测量值,重构出高质量的卫星云图,不仅为云图数据的低比特率压缩提供了一种可行的解决方案,而且对于其他序列图像的压缩采样具有借鉴意义。  
        关键词：稀疏表示;压缩感知;Tetrolet变换;时空相关性;卫星云图   
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        发布时间：2021-06-10
      • 矫京均,辛晓洲,余珊珊,周倜,彭志晴
        2014, 18(5): 1048-1058. DOI: 10.11834/jrs.20143322
        摘要：利用遥感数据估算和监测地表能量平衡的研究和应用一直以来都是学术探索的前沿和焦点,目前针对国际主流卫星数据（如MODIS,Landsat TM等）的算法研究有很多,且在不同的尺度上发展了一系列遥感技术和应用方法。本文以环境一号卫星（HJ-1）数据为主要数据源,研究和分析了地表能量平衡遥感估算方法。在下行短波和长波辐射,以及地表净辐射估算的基础上,重点研究了地表显热和潜热通量（蒸散）的估算方法,针对辐射温度代替空气动力学温度所引起的误差校正,对比分析了基于KB-1系数的热力学粗糙度长度,以及附加阻抗两种方法。使用2010年HJ-1B数据反演得到海河流域地表能量平衡各分量瞬时值,利用3个地面站点的测量数据对反演结果进行验证和误差分析。结果表明下行短波辐射的反演误差是地表净辐射反演误差的主要来源,地表温度的反演精度以及地表粗糙度的模拟精度是影响显热通量反演精度的主要因素。利用两种方法估算的显热通量趋势基本一致,但KB-1系数法的反演结果一般低于附加阻抗法。在下垫面较为复杂的区域,模型结果误差较大,需要更加精细的模型以刻画地表非均匀性的影响。  
        关键词：HJ-1B卫星;地表能量平衡;地表蒸散;地表粗糙度;阻抗   
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        发布时间：2021-06-10
      • 陈梦云,孟新,彭晓东
        2014, 18(5): 1059-1071. DOI: 10.11834/jrs.20143141
        摘要：地形绘制一直是图形学研究的热点问题,尤其是球面地形绘制,其在形状和数据组织方面比平面地形绘制更加复杂。在已有球面地形绘制算法的基础上,提出一种基于Geometry Clipmap的球面地形剖分与绘制方法。该方法以构建正二十面体球面网格为基础,将正二十面体划分为十个菱形区域,采用球面菱形网格的剖分,针对每个菱形区域的周边网格进行重新剖分和组合,形成一个虚拟的3×3的大菱形区域,扩大了Clipmap的活动范围,并在一定程度上解决了Clipmap的跨边界问题。实验结果表明了本文方法的可行性和有效性。  
        关键词：球面地形绘制;Geometry Clipmap;正二十面体全球剖分;球面三角四叉树剖分模型   
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        发布时间：2021-06-10
      • 穆博,宋清涛
        2014, 18(5): 1072-1086. DOI: 10.11834/jrs.20143174
        摘要：HY-2A卫星微波散射计主要用于测量海表面的风速和风向,为了满足其风速和风向的测量精度要求,必须对其进行在轨辐射定标。本文基于散射计在开阔大洋的观测数据,利用经过定标的seawinds散射计后向散射系数数据,分析了海洋目标定标法的定标精度,结果表明定标精度可以达到0.15 dB,且模式函数对定标结果的影响为系统偏差,说明海洋目标定标法需要选用高精度的模式函数。然后,采用相同的海洋目标定标算法,实现了HY-2A卫星微波散射计的在轨辐射定标,获得HY-2A卫星微波散射计VV极化的定标系数为-1.79 dB,HH极化的定标系数为-1.73 dB。最后,利用NDBC浮标观测数据,检验HY-2A卫星微波散射计反演的风矢量精度,证明获得的定标系数可以明显提高HY-2A卫星微波散射计反演风矢量的精度。  
        关键词：微波散射计;辐射定标;海洋目标定标法;地球物理模式函数   
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        发布时间：2021-06-10
      • 吴甜甜,张云,刘永明,袁国良
        2014, 18(5): 1087-1097. DOI: 10.11834/jrs.20143264
        摘要：随着北斗卫星导航系统的逐渐完善,有关北斗系统定位的研究越来越深入,为了对比分析北斗系统和全球定位导航系统（GPS）定位的差异性,充分利用北斗地球静止轨道卫星（GEO）和倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）高轨道卫星的特殊性,本文提出一种新的组合选星方法,选取卫星数较少且Position Dilution of Precision（PDOP）最小的北斗/GPS组合,分别对比分析北斗系统、GPS系统及其组合系统在楼顶开放环境和楼间恶劣环境下的定位效果。实验结果表明:北斗比GPS有更加稳定的定位效果,依据本文组合选星方法,利用少量卫星即可获得较好的定位精度。  
        关键词：北斗系统;GPS;组合定位;PDOP;楼间恶劣环境   
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        发布时间：2021-06-10

        遥感应用

      • 王振会,汤敏,詹奕哲,赵航,吴月
        2014, 18(5): 1098-1116. DOI: 10.11834/jrs.20143252
        摘要：气象卫星热红外通道能够探测到晴空区域内由大气水汽、沙尘气溶胶等物质含量分布不均所导致的微弱的纹理信息,通过追踪水汽和沙尘气溶胶纹理的移动可以反演出风场。然而这些信号很容易受地表温度变化的影响,需使用合适的算法来减弱地表温度干扰、提取微弱的示踪物信号。本文结合分裂窗差值理论,对使用分裂窗差值算法提取晴空区微弱示踪物信号进行数值模拟分析,并应用于晴空区风场的实例反演。数值模拟图像的结果显示,分裂窗差值算法可以削弱地表对示踪物信号的影响,突出水汽和沙尘气溶胶的分布特征,验证了分裂窗差值法的可行性与优越性。实例分析也表明,使用分裂窗差值图能够反演出单通道云图难以得到的晴空区低层风场,且反演结果与NCEP风场资料比较一致。  
        关键词：静止气象卫星;红外分裂窗差值;示踪物提取;晴空风场反演;数值模拟   
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        发布时间：2021-06-10
      • 范德芹,朱文泉,潘耀忠,姜楠,郑周涛
        2014, 18(5): 1117-1127. DOI: 10.11834/jrs.20143299
        摘要：小嵩草高寒草甸是青藏高原的主要植被类型,研究其返青期识别方法对于模拟及预测青藏高原植被物候变化具有重要意义。常用的植被返青期遥感识别方法主要是先对遥感植被指数原始时序数据进行拟合去噪声再求取返青期,各种方法对研究区域、研究经验、参数设置、函数初值设置等有很强的依赖性。为避免返青期识别方法在曲线拟合时对参数初值的依赖性和陷入局部最优解,本文引入了模拟退火算法对双高斯和双逻辑斯蒂函数进行参数优化,并分别对基于以上两种函数及多项式拟合的植被指数时序曲线进行对比,从而选出最佳拟合方法,最后采用最大斜率阈值法、动态阈值法和曲率法识别返青期。利用青藏高原小嵩草高寒草甸34个样本点的返青期地面观测数据及相应的8 km分辨率的NOAA归一化差值植被指数（NDVI）时序数据对以上各种组合的返青期遥感识别方案进行了测试,并选取了153个遥感实验点求取了近30年（1982年—2011年）青藏高原小嵩草高寒草甸的返青期,结果表明:采用双高斯函数拟合的NDVI曲线与原始NDVI时序数据最为接近,在此基础上采用最大斜率阈值法识别的小嵩草高寒草甸返青期及其变化趋势与地面物候观测结果最为一致;同时发现近30年青藏高原小嵩草高寒草甸的平均返青期主要集中在每年的第120—140天,并且呈逐年提前趋势,30年来提前了7天。  
        关键词：小嵩草;高寒草甸;NDVI;返青期;模拟退火算法   
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      • 周生辉,魏鸣,张培昌,徐洪雄,赵畅
        2014, 18(5): 1128-1137. DOI: 10.11834/jrs.20143328
        摘要：多普勒雷达资料的体积速度处理VVP（Volume Velocity Processing）风场反演方法可反演风场的3维结构,但由于算法的系数矩阵病态问题易导致反演风场产生误差。本文针对VVP算法中反演参数的性质,进行了简化算法的模拟检验和误差分析。选取量级最大的3个主要参量进行反演,引入随机的观测误差,通过改变模拟风速确定了反演算法的适用范围。对比结果发现,简化算法的反演结果对观测误差并不敏感,而且从低仰角到高仰角的均方根误差基本不变,当风速较大时,反演的精度会更准确。对0608"桑美"台风的风场反演表明,该算法较真实地反演出了台风中心及眼区外围的风场,并与Rankine台风模型相符。研究表明,简化VVP算法可清晰地揭示台风内部水平风场的3维结构,可以应用于台风等灾害性天气的风场反演与分析。  
        关键词：单多普勒天气雷达;VVP算法;风场反演;误差分析;0608“桑美”台风   
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        发布时间：2021-06-10

        封面说明

      • 顾行发,李正强,李俊,陈洪滨
        2014, 18(5): 1138. DOI: 10.11834/jrs.201405001
        摘要：<正>大气气溶胶是悬浮于空气中的微小固体或液体颗粒状物质,其来源多种多样,包括自然源与人工源。气溶胶通过散射与吸收短波和长波辐射改变大气和地表的辐射能量收支,这称为直接气候效应。它还作为水云或冰晶凝结核影响云的形成与发展,带来间接气候效应。此外,落在冰雪地表上的黑碳气溶胶,可以改变地表反照率,并由此改变地表能量收支以致影响气候。因此,摸清气溶胶的时空分布特征并把握气溶胶对气候的影响在气候变化研究中非常重要。  
          
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        发布时间：2021-06-10
      • 2014, 18(5): 1139.
        摘要：<正>高分一号卫星是中国高分辨率对地观测系统的首发星,配置了2台2m分辨率全色和8m分辨率多光谱相机以及4台16m分辨率多光谱宽幅相机,具有高、中空间分辨率对地观测和大幅宽成像结合的特点,其2m分辨率全色和8m分辨率多光谱图像组合幅宽优于60km,16m分辨率多光谱图像组合幅宽优于800km,为国际同类卫星观测幅宽的最高水平,大幅提升了观测能力,对大尺度地表观测和环境监测具有独特优势。封面图片是高分  
          
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        发布时间：2021-06-10
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