遥感

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  • 1  海洋遥感雷达的一体化发展趋势
    赵启钊,孙光才,李 航,张振华,张 杰
    2021, 42(3):48-56.
    [摘要](101) [HTML](0) [PDF 2.02 M](869)
    摘要:
    利用雷达高度计、微波散射计、海洋波谱仪和合成孔径雷达SAR(Synthetic Aperture Radar)观测海面风、浪等海洋动力环境要素的技术已经日趋成熟,针对现有单星多传感器体制存在的重量大、稳定性差、功耗高、整星系统复杂等缺点,首先对以上四种海洋微波遥感器的发展和应用情况进行了梳理,随后根据目前的发展趋势,提出了一种新的多模式一体化设计方法并进行详细描述,最后,对未来星载海洋微波遥感器的多模式一体化技术进行了展望,为今后海洋微波遥感器的多模式一体化研究提供参考。
    2  大气探测激光雷达组网观测一致性研究
    王丽东,郭畅,赵一鸣,戴学兵,徐兆鹏,胡志恒,商雅楠,潘超
    2023, 44(6):72-79. DOI: 10.12347/j.ycyk.20230506001
    [摘要](196) [HTML](11) [PDF 10.00 M](244)
    摘要:
    通过激光遥感获取气溶胶、云垂直分布情况,对研究气溶胶、云微物理特性、辐射强迫效应以及污染物传输等具有重大意义。在实际应用中激光雷达受激光器能量、发散角以及透过率等影响,会导致各雷达面对同一目标物探测数据不一致。随着地基大气探测激光雷达逐步规模化、标准化,对雷达组网观测一致性开展研究具有重要意义。为保证组网激光雷达数据高质量和高可靠性,在雷达系统自标定基础上,利用太阳光度计、大气分子模型获取激光雷达系统常数,确保各激光雷达回波信号定量可比。通过激光雷达组网观测进行探测目标一致性比对试验,以验证激光雷达系统探测一致性精度。结果表明:标定后,532 nm距离修正信号在1~2 km区间相对偏差从64.89%降低到22.16%,在2~5 km区间相对偏差从49.26%降低到8.90%,在9.5~11.5 km相对偏差从46.83%降低到10.91%;532 nm退偏比在1~2 km区间相对偏差从69.68%降低到20.68%,在2~5 km区间相对偏差从71.24%降低到6.69%,在9.5~11.5 km相对偏差从140.24%降低到9.02%;532 nm后向散射系数在1~2 km区间相对偏差从37.45%降低到23.63%,在2~5 km区间相对偏差从29.15%降低到21.45%,在9.5~11.5 km相对偏差从76.02%降低到24.16%。组网激光雷达数据结果一致性较好,可在多站点进行高精度探测,在气候变化研究、碳排放监测和环境研究等领域发挥重要作用,为大规模大气变化规律研究提供高质量、有效数据。
    3  星载主动遥感气溶胶-云参数技术需求与进展
    王倩,毕研盟,刘成保,杨忠东
    2020, 41(6):1-11.
    [摘要](259) [HTML](0) [PDF 412.31 K](488)
    摘要:
    面对越来越迫切的气象和气候预测及大气环境监测需求,利用主动星载仪器在全球范围内探测云和气溶胶参数成为快速发展的研究领域。相比被动遥感仪器,主动仪器可以获取云和气溶胶参数的垂直分布信息,这将在天气气候模式的改进方面发挥重要作用。通过云和气溶胶遥感需求分析,从雷达数据应用角度,首先介绍了数值模式对云和气溶胶的科学参数需求和定量需求,进一步分析了云和气溶胶联合观测的需求,以及星载微波激光雷达的探测特点;然后对国内外正在规划的星载云和气溶胶微波激光雷达探测任务进行了综述,包括仪器指标和数据产品设计;最后展望这一领域的应用前景。
    4  基于条件生成对抗模型的遥感卫星影像重建技术研究
    李育恒,刘文佳,张敏,原昊,张鹏宇,冯舒文
    2023, 44(5):84-98. DOI: 10.12347/j.ycyk.20230612001
    [摘要](259) [HTML](32) [PDF 86.39 M](407)
    摘要:
    为了快速侦察未知区域的地貌信息,遥感卫星可对特定区域进行扫描以获取遥感卫星影像。当卫星经过国外未知区域时,部分卫星无法针对某特定区域进行长时间的驻留扫描,本文提出一种基于条件生成对抗网络模型(Conditional Generative Adversarial Network,CGAN)进行网络训练,前期将某方法获取的区域轮廓地形信息作为CGAN网络的生成网络和鉴别网络中的条件约束信息,通过网络生成器与判别器在训练过程中互相博弈产生特定的输出集,有效地实现由单张电子轮廓图像到对应卫星遥感图像的端到端的非线性映射。本文通过原真实卫星遥感图像与生成卫星遥感图像进行四种对比误差计算,平均误差、均方误差与结构相似度均高于99%,峰值信噪比高于30 dB,生成的图像与原图像之间具备高相似度,实现了在获取坐标定位轮廓信息的先验条件下,对特定区域进行遥感卫星影像内容重建技术。
    5  基于多源卫星融合资料的中国近海海洋锋检测研究
    施英妮 张根生 张春华 易欣 刘洪伟 李冰
    2022, 43(2):104-110. DOI: 10.12347/j.ycyk.20210927001
    [摘要](260) [HTML](0) [PDF 2.40 M](679)
    摘要:
    海洋锋是海洋动力学中重要的研究对象。目前主要利用卫星遥感海面温度数据分析海洋锋。由于夏季中国近海海域海面温度趋同特性,无法利用海面温度数据分析海洋锋,而卫星遥感海色数据可以有效弥补海面温度检测海洋锋的不足,提高海洋锋检测的准确性。基于多源卫星融合数据,利用梯度检测算法对中国近海海域进行海洋锋研究,结合海面温度和蓝绿波段遥感反射率比值的季节变换规律,利用不同季节适用的不同梯度检测阈值,获取中国近海的海温锋和海色锋分布规律。通过海温锋和海色锋互补,可以实现对中国近海锋面更全面的检测。
    6  光学遥感图像船只目标检测识别技术
    陈昱文,熊建林,刘 斌,刘 颖,张永倩
    2021, 42(3):57-66.
    [摘要](276) [HTML](0) [PDF 7.58 M](593)
    摘要:
    船只目标检测识别技术是现阶段遥感图像研究领域的一个重要发展方向。随着国产高分辨率卫星的快速发展,高分遥感卫星陆续发射,基于光学遥感图像的船只检测识别技术会逐步成为研究热门。主要介绍了近年来基于光学图片的船只检测识别技术发展、以及当前技术存在的问题。当前基于深度学习的船只目标检测识别技术取得了较好的检测效果,成为主流研究方向,但在光学遥感图像船只检测领域基于深度学习的方法有一些基本问题限制了检测效果,对这些问题进行了归纳总结,并对未来光学遥感图像船只检测技术的发展进行了展望。
    7  黄渤海晴空像元下雾霾识别的机器学习算法
    沈晓晶,姜祝辉,陈 建,刘 娟,马 明
    2021, 42(3):67-71.
    [摘要](73) [HTML](0) [PDF 4.44 M](400)
    摘要:
    为实时有效地识别和监测雾霾,选取2013年10月4日与10月5日的两景MODIS遥感图像,利用不同类型像元的光谱差异,基于神经网络模型,建立海上雾霾的遥感识别机器学习算法。经检验表明,在晴空条件下,机器学习算法反演精度相对较高,已超过98%,利用算法可以实现对中国近海上空雾霾的监测。
    8  珠海一号高光谱卫星辐射精度真实性检验研究
    刘宁,刘其悦,朱霞,张文豪,金永涛,郭子阳
    2023, 44(3):98-106. DOI: 10.12347/j.ycyk.20221108003
    [摘要](185) [HTML](13) [PDF 3.24 M](400)
    摘要:
    “珠海一号(OHS)”高光谱商业遥感卫星数据在国民经济建设中发挥着越来越重要的作用。当前,针对商业遥感卫星数据质量精度的验证和评价研究成果较少。本文基于地面实测数据,对OHS卫星高光谱数据的辐射精度进行了真实性检验和定量分析。结果表明:OHS卫星表观辐亮度与实测结果具有较好的线性相关关系,相关系数R2大于0.7。与实测结果相比,OHS卫星各通道表观辐亮度值整体偏低,但两者光谱曲线形态基本一致。随着时间的推移,OHS传感器性能可能存在衰减,不同通道的衰减程度不一;在31个通道中,与实测值之间的相对差异在20%以内的通道数为9个;在20%~30%之间为14个,30%~40%为8个。
    9  珠海一号高光谱影像云检测算法
    陈丽,贾源源
    2023, 44(2):92-99. DOI: 10.12347/j.ycyk.20221128001
    [摘要](114) [HTML](39) [PDF 5.16 M](350)
    摘要:
    珠海一号高光谱卫星具有高空间、高光谱、高时间分辨率等特点,有效推动了高光谱遥感数据在农林环境、自然资源探测等领域的广泛应用,其中高精准的云检测是遥感数据预处理的关键步骤。如何对高光谱图像有效特征提取并克服传统云检测方法特征复杂、算法参数多、计算量大、鲁棒性差等缺陷,是高光谱云检测研究的关键问题。为此,提出了一种多尺度特征融合的U型结构网络,模型首先利用残差模块进行特征编码,并将编码进行多尺度融合,在网络的跳跃连接处引入了坐标注意力机制提取有用信息,最后通过残差解码得到输出结果。实验前首先利用主成分分析降维,将高光谱数据重构为4维影像数据,然后通过数据标注与数据增强,建立珠海一号高光谱影像云检测数据集。采用了38-Cloud云数据集训练初始网络参数,随后利用构建的数据集进行迁移学习。实验结果表明,对于所建立的珠海一号高光谱云检测数据集,所提方法的像素准确率达到92.28%,可以实现高精度的高光谱遥感影像云检测。
    10  “珠海一号”高光谱数据城市不透水面提取研究
    冯思伟,刘璐铭,邓开元,陈欣然,蒋晓华,李先怡
    2023, 44(4):88-95. DOI: 10.12347/j.ycyk.20221222002
    [摘要](210) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    不透水面是评估城市化进程和评价城市环境的重要参考指标,研究城市不透水面的空间覆盖程度对城市生态环境保护、宜居城市建设具有重要意义。本文以“珠海一号”高光谱影像为数据源、珠海市陆域为研究区域,选取支持向量机和随机森林机器学习算法,结合光谱特征,实现城市不透水面信息提取。结果表明:使用“珠海一号”高光谱数据提取不透水面可行性较强,且支持向量机算法更适用于“珠海一号”不透水面提取,总体精度和Kappa系数分别达到92.4%、0.78;基于“珠海一号”高光谱数据进行城市不透水面提取,可为城市规划建设、分析城市土地扩张、评估城市灾害风险提供可靠理论依据和数据支撑。
    11  基于ISSA-SVR算法的近海典型水质参数遥感反演
    刘元杰,崔建勇,董文,万剑华,张杰
    2024, 45(3):81-90. DOI: 10.12347/j.ycyk.20240120001
    [摘要](106) [HTML](24) [PDF 2.12 M](220)
    摘要:
    化学需氧量(COD)和叶绿素a(Chl-a)浓度作为与光谱相关的典型水质参数,是反映水体污染程度和富营养化程度的重要指标。支持向量回归模型(Support Vector Regression,SVR)适用于小样本,广泛用于近海典型水质参数的遥感反演,但也存在模型参数选择困难、容易陷入局部最优解的问题。针对这一问题,本文构建融合反向学习和模拟退火的改进麻雀算法(Improved Sparrow Search Algorithm,ISSA),通过改进麻雀算法对SVR模型的惩罚系数和核函数参数进行参数寻优,提出了一种改进的支持向量回归模型(ISSA-SVR)。通过该模型利用实测水面光谱与水质参数数据建立COD和Chl-a浓度反演模型。利用Sentinel-2卫星遥感光谱数据对模型的精度进行验证,得到各水质参数浓度的反演精度。采用ISSA算法优化SVR建立的COD浓度预测模型和Chl-a浓度预测模型的平均相对误差(MRE)分别为20.02%和30.17%。反演结果均优于其他模型(线性回归、SVR和SSA-SVR模型)。实验结果证实,ISSA-SVR算法是实现COD浓度和Chl-a浓度遥感反演的有效方法,可为我国近海典型水质参数遥感反演及后续水体科学管理提供参考。
    12  基于GOCI-Ι影像的黄河口周边海域悬浮物浓度反演模型构建
    毛露,江娜,王娟,刘善伟,崔建勇,许明明
    2024, 45(6):121-130. DOI: 10.12347/j.ycyk.20240225001
    [摘要](51) [HTML](0) [PDF 2.24 M](135)
    摘要:
    为实现黄河口周边海域悬浮物浓度的高精度遥感反演,本文利用GOCI-I影像数据构建了基于WOA-BP算法的春、夏、秋三个季节模型和一个跨季节模型,并与Catboost、RF、KNN、BP等多种模型进行比较。结果表明,在各个季节模型中,WOA-BP算法在训练集和测试集上均表现最佳,相应季节测试集的平均相对误差依次为24.18%、25.97%、29.42%,而利用跨季节测试集对三个模型进行测试,其精度非常差,说明季节模型不能跨季节应用;在跨季节模型中,WOA-BP算法的精度也是最高的,总体平均相对误差为26.96%,利用三个季节测试集进行测试的平均相对误差依次为25.80%、21.90%、37.17%,除夏季的精度有所提升外,另外两个季节的精度都低于相应的季节模型,其中秋季的精度降低最大。因此,对于春夏两季可以使用跨季节模型,而对于秋季则建议使用相应的季节模型。
    13  遥感影像弱小目标智能解译算法研究
    温海宇,刘昊,李育恒,沈永健,原昊
    2024, 45(2):18-28. DOI: 10.12347/j.ycyk.20231201003
    [摘要](262) [HTML](27) [PDF 927.65 K](394)
    摘要:
    随着遥感技术的快速发展,光学遥感影像弱小目标智能解译成为遥感信息处理的研究热点之一。遥感影像的地物目标常具有尺度小、种类多、数量大、部分重点小目标移动速度快的特点,易受到复杂背景环境及噪声影响,使得提取遥感影像弱小目标的信息面临着巨大的挑战。早期智能解译算法中的弱小目标分割、检测及跟踪等算法研究,多依赖模板匹配及先验知识,此类算法需耗费大量资源、算力及专家知识成本,存在着计算量大、泛化能力差的问题。近年来,随着深度学习等人工智能技术的快速发展,在海量遥感数据中准确获取弱小目标的信息,通过结合深度学习算法可对弱小目标的特征进行快速提取,以提供高效、准确的解译信息。本文综述了遥感影像弱小目标智能解译算法研究进展,包括基于传统图像处理方法的弱小目标分割、检测和跟踪算法,以及基于深度学习等典型相关算法。通过分析这些方法的优点与局限性,对于提高相关目标的信息获取能力、提升观测的态势感知水平以及未来应用等方面具有重要意义。
    14  基于三维卷积残差网络的无人机高光谱岩性分类
    盛辉,牟泓宇,刘善伟,崔建勇
    2024, 45(3):114-122. DOI: 10.12347/j.ycyk.20231230001
    [摘要](139) [HTML](25) [PDF 8.48 M](141)
    摘要:
    岩性识别和分类是地质学、资源勘查等不可或缺的环节,高光谱遥感的兴起为岩性识别提供新的思路。利用机器学习挖掘岩石高光谱图像中的信息从而准确识别岩性,这具有重要的应用价值。目前用机器学习的方法实现岩石的高光谱影像分类研究中,缺少对空间和光谱信息的充分利用,因此本文使用了一种加入注意力机制的三维卷积残差网络结构,能够有效提取岩石高光谱图像的空间、光谱特征以及空谱联合特征。本实验利用无人机搭载高光谱传感器采集了10种不同类型的岩石样本影像,应用该算法对岩石高光谱图像进行分类。实验结果表明:该算法与传统机器学习算法SVM、RF和深度学习算法ResNet、3D CNN和SSRN相比具有更高的精度。
    15  一种遥感影像快速计算水面率的方法
    刘璐铭,殷丽雪,颜军,王新芸,刘欢,蒋晓华,李先怡
    2023, 44(4):96-101. DOI: 10.12347/j.ycyk.20221222001
    [摘要](196) [HTML](20) [PDF 0.00 Byte](337)
    摘要:
    为了有效去除阴影噪声对遥感影像水体提取的干扰,快速准确计算大区域范围内的水面率,本文提出基于GF6(高分六号卫星)影像,利用UWI(Urban Water Index,城市水体指数)并结合FROM-GLC10(Finer Resolution Observa-tion and Monitoring of Global Land Cover 10,全球陆地覆盖精细化观测与监测10)数据,通过求交计算和小碎斑删除实现水体提取结果的精细化,有效消除了阴影等噪声对水体提取的干扰,实现水面率的快速计算。本文选择中山市作为试验区,试验区域范围广、地物背景复杂,综合对比本文算法、NDWI(Normalized Water Index,归一化水体指数)算法和TSUWI(Two-Sted Urban Water Index,城市二类水体指数)算法,从定性与定量角度分析,结果表明:本文算法提取的水体连续完整、漏提和误提较少,可有效去除阴影、建筑、道路等噪声干扰,在总体精度、Kappa系数、错分误差、漏分误差等指标均取得了较好结果。利用UWI与FROM-GLC10数据相结合计算水面率具有可行性,为工程化、大面积、快速计算水面率提供了一种新的思路。
    16  基于DJI精灵4多光谱版无人机的红树林精细分类
    王青青,朱俊利,任广波,刘善伟,许明明
    2023, 44(3):123-130. DOI: 10.12347/j.ycyk.20221205001
    [摘要](152) [HTML](9) [PDF 22.10 M](470)
    摘要:
    本文基于DJI(大疆)精灵4多光谱版无人机能够同时获取地表可见光照片和多光谱影像的特点,提出了使用摄影测量技术构建冠层高度模型(CHM)的方法,并结合多光谱影像应用于红树林分类。将上述方法应用于广东省湛江红树林国家级自然保护区高桥镇研究区,结果表明:基于无人机摄影测量技术构建的红树林CHM与多光谱影像结合后能够大幅提高红树林的分类精度,可替代传统的机载激光雷达数据;DJI精灵4多光谱版无人机数据获取效率高,能够实现高精度的红树林分类,在红树林监测业务工作中具有推广应用价值。
    17  多波束三维成像激光雷达高精度收发匹配方法研究
    潘 超 李凉海 曹海翊 赵一鸣 刘宇哲
    2022, 43(3):62-70. DOI: 10.12347/j.ycyk.20220322001
    [摘要](299) [HTML](0) [PDF 2.96 M](402)
    摘要:
    三维成像激光雷达技术为空间地理信息获取、目标立体探测提供了新的技术途径。以多波束并行收发、单光子阵列探测为特征的新一代三维成像激光雷达可提升雷达探测灵敏度、激光成像帧频与成像效率,从而实现远距离快速激光三维成像。三维成像激光雷达的激光发散角与接收视场需角秒量级的匹配精度。随着系统波束数量的增加,几十甚至上百波束的高精度收发波束匹配是系统设计装调的难点。聚焦多波束单光子阵列三维成像激光雷达的收发匹配难题,设计了基于衍射分束激光发射与光纤阵列接收的收发光学系统,提出了一种多波束激光雷达收发波束匹配方法,并对该方法的收发匹配误差源以及温度对其影响进行了详细分析仿真。实验验证结果表明,可实现64波束优于10 μrad的匹配误差,在工作温度范围内总的收发失配优于20.78 μrad,满足本系统设计时25.5 μrad的收发匹配裕量,系统对环境温度有较好的适应性,具有良好的工程应用前景。
    18  FY-4卫星高光谱大气探测驻留控制与定位精度分析
    商建,刘成保,杨磊,黄攀,王静,张志清,王田野,韩昌佩,曹赟,王嘉琛,耿同
    2024, 45(6):1-10. DOI: 10.12347/j.ycyk.20240414001
    [摘要](112) [HTML](23) [PDF 2.28 M](412)
    摘要:
    静止轨道干涉式大气垂直探测仪装载在中国新一代静止轨道气象卫星风云四号上,是世界上第一个运行在静止轨道上的高光谱垂直探测仪器。在高光谱探测过程中,使“驻留”观测的目标保持高精度稳定是静止轨道高光谱红外大气探测的关键。风云四号卫星是我国高轨气象卫星首次采用三轴稳定姿态控制平台的卫星,这给探测仪的高精度定位带来很大挑战。高精度的观测计划稳定性需要卫星平台、姿态控制、有效载荷和地面系统共同完成,过程非常复杂。本文在介绍探测仪的探测原理和工作模式设计的基础上,对探测仪星地一体化定位的关键技术进行研究,并利用仪器在轨获得的实测数据对驻留控制精度与定位精度开展检验及分析。结果表明,探测仪达到了1/10像元的驻留控制精度与1像元的定位精度。
    19  星载降水测量雷达反射率因子宽幅计算调度策略及应用
    袁梅,张小雯,覃平,张媛媛,尹红刚,安宏达,商建,徐娜,谷松岩
    2024, 45(6):21-36. DOI: 10.12347/j.ycyk.20240819002
    [摘要](75) [HTML](3) [PDF 7.88 M](275)
    摘要:
    我国首颗降水测量卫星于2023年4月成功发射,联合使用主被动微波仪器双频降水测量雷达和微波成像仪开展高精度降水探测。针对降水测量雷达幅宽覆盖有限的现状,利用同平台微波成像仪资料,采用深度学习模型研发了宽幅雷达反射率因子产品,实现了降水测量雷达现有幅宽的2.67倍覆盖,显著增大了降水测量雷达的观测范围。以2023年台风“泰利”和华北极端短时强降水为例对业务生成的宽幅结果进行应用潜力分析,结果显示,宽幅雷达反射率因子的计算结果与地基雷达反射率因子的结果较为一致,在实际业务中具有较强的参考性。在地面系统业务调度中,为了支撑持续不断的宽幅雷达反射率因子数据的高时效计算,设计了宽幅雷达反射率因子业务流程,综合考虑业务实施的资源消耗、时效性及可靠性等,提出数据驱动的最佳业务调度策略,可以有效地减少运行时间,提高业务产品生成与服务的时效性。
    20  星载微波云、降水雷达技术现状与展望
    肖前循,许海玉,张宏伟,江柏森,杨润峰,张鹏飞,王震,缪鹏飞
    2024, 45(6):11-20. DOI: 10.12347/j.ycyk.20240701001
    [摘要](94) [HTML](11) [PDF 734.65 K](415)
    摘要:
    云和降水对全球的水和能量循环至关重要,是维持地球能量平衡的要素之一。星载云、降水雷达通过对云、降水主动探测,能够全天时全天候获取全球云和降水三维结构信息,可有效弥补气象卫星被动探测的不足。首先对星载云、降水雷达开展需求分析,总结了当前我国气象卫星云、降水雷达探测能力的不足;然后介绍了国内外星载云、降水雷达发展现状,归纳出我国星载云、降水雷达需解决的问题;最后给出未来我国星载云、降水雷达的主要发展方向。
    21  HINet: 一种面向冰雹识别的多源数据融合网络
    张小雯,郁培雯,商建,华珊,张启绍
    2024, 45(4):45-56. DOI: 10.12347/j.ycyk.20240520002
    [摘要](158) [HTML](24) [PDF 2.45 M](256)
    摘要:
    冰雹天气具有突发性和局地性强,以及破坏力大的特点。尽管地面自动站、雷达和卫星等获取的观测资料在冰雹识别中发挥了一定的作用,但单一观测资料的局限性导致冰雹识别虚警率较高和准确率较低。因此,亟需构建基于多源高分辨率观测的冰雹识别技术。本文提出了一种面向冰雹识别的多源数据融合网络,该深度学习方法利用时空特征提取模块、多源数据特征融合模块和UCUNet(U Connection Unet,U形连接卷积神经网络)识别模块,充分挖掘冰雹发生时FY4B(风云四号B星)、天气雷达和数值模式等多源数据的时空特征,并创新地加入地形高度、坡度、坡向等作为冰雹识别因子。为评估所提网络方法的性能,本文进行了系列实验,并将实验结果与真实标签数据进行对比。结果显示,HINet(Hail Identification Net,冰雹识别网络)能够充分利用多源数据,在复杂地形条件下有效改善冰雹识别结果,在冰雹研究和识别中具有较高的准确性和实用性。
    22  基于SWOT卫星数据的海浪谱反演研究
    姜肖宇,孟俊敏,罗偲
    2024, 45(6):48-54. DOI: 10.12347/j.ycyk.20241010001
    [摘要](85) [HTML](3) [PDF 2.15 M](345)
    摘要:
    SWOT(Surface Water and Ocean Topography,地表水和海洋地形)卫星是新一代海洋观测卫星,其采用了小入射角下的合成孔径雷达(SAR)观测体制,为海浪探测提供了一种新的手段。本研究在前人SAR海浪谱反演研究的基础上,针对SWOT卫星数据开展了海浪谱反演算法的适用性研究,讨论了风速、风向、主波波向对海浪谱反演的影响。利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF,European Center for Medium-range Weather Forecasts)的ERA5(第五代再分析数据集)对反演的有效波高进行了验证。结果表明:在风速为7 m/s~9 m/s、9 m/s~11 m/s、>11 m/s时,反演的有效波高均方根误差(RMSE)分别为0.30 m、0.19 m、0.64 m,散度指数(SI)分别为16.74%、7.03%、19.61%,可以证明SWOT卫星作为小入射角SAR具有反演海浪谱与海浪参数的潜力。
    23  星地联合观测北京沙尘天气时空过程分布特征
    郭畅,王丽东,李静,戴学兵
    2024, 45(6):37-47. DOI: 10.12347/j.ycyk.20241008001
    [摘要](66) [HTML](5) [PDF 8.36 M](238)
    摘要:
    2021年3月27日~29日,我国北方地区经历了一次大范围、长时间的沙尘暴污染过程。本文通过使用MODIS(中分辨率成像光谱仪)卫星数据、地基多波长拉曼偏振激光雷达以及后向轨迹模型HYSPLIT(混合单粒子拉格朗日综合轨迹),开展星地联合观测,分析了此次沙尘天气的水平和垂直分布特征及其传输过程。同时,利用中国环境监测总站提供的小时实况数据、AERONET(气溶胶自动观测网)的光学厚度数据以及MCD19A2(全球气溶胶数据集)产品对激光雷达的反演结果进行了验证。研究结果显示:① 本次沙尘主要通过戈壁沙漠北部4公里高度输送,并与本地污染物混合后沉降;② 沙尘天气期间,PM10浓度显著上升,最大值超过2 492.65 μg/m3,PM2.5浓度最大值为236.48 μg/m3,当天光学厚度最高值达到4.1;③ 太阳光度计与激光雷达反演光学厚度趋势一致,相关性达95.63%;激光雷达反演PM10、PM2.5分别与官方公布数据的相关性达到85.93%和98.47%,验证了地基多波长拉曼偏振激光雷达系统的探测能力与精度。
    24  船只目标三维转动对SAR成像影响的定量分析
    周鹏,尹晓舜,张晰,张振华,王影,张杰
    2023, 44(2):100-111. DOI: 10.12347/j.ycyk.20220823001
    [摘要](111) [HTML](14) [PDF 3.04 M](416)
    摘要:
    在分析船只三维转动(横滚、俯仰、偏航)对合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像质量的影响方面,现有文献只考虑了仅存在一维转动时的影响,未考虑三维转动同时存在时对SAR成像质量的影响。另外,现有文献主要基于船只转动对船只散射点瞬时多普勒频率的影响进行分析,并未真正与对SAR图像质量的影响关联起来。本文推导了适用于船只存在三种一维转动、同时存在三维转动时的SAR图像二维时域表达式,以及散射点方位向坐标的表达式。在上述表达式的基础上,通过分析船只上的散射点在SAR图像中的偏移情况,扩展到分析船只整体在SAR图像中的形变情况;通过分析一维转动对SAR成像的影响,扩展到分析三维转动同时存在时对SAR成像的影响。研究表明:船只三维转动引入了包络误差和相位误差,导致SAR图像中散射点模糊并在方位向偏移,且不同散射点的偏移量不同,从而使船只形状发生畸变。仿真结果验证了所推导表达式的准确性及理论分析的正确性。
    25  基于基线长度加权的GNSS多天线姿态测量方法
    韦永僧 贺凯飞 刘笃学 杨金权
    2022, 43(3):18-23. DOI: 10.12347/j.ycyk.20210915001
    [摘要](170) [HTML](0) [PDF 1011.74 K](626)
    摘要:
    GNSS可用于获取动态载体的姿态信息,为提高其姿态测量精度,提出一种基于基线长度信息对最小二乘姿态解算方法进行加权处理,改进了最小二乘姿态解算方法,同时通过船载实验验证了该方法的可用性。实验结果表明:在船载动态实验中,当基线长度存在明显差异时,加权最小二乘法较等权最小二乘法在精度上明显提高,其中横滚角的精度提高了13 %。
    26  低信噪比下快速分裂Bregman迭代ISAR超分辨率成像
    朱燕丽 周鹏 张振华 张晰 张杰 王影
    2022, 43(2):68-80. DOI: 10.12347/j.ycyk.20211009002
    [摘要](163) [HTML](0) [PDF 4.39 M](350)
    摘要:
    针对低信噪比条件下的逆合成孔径雷达ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar)超分辨率成像处理问题,提出了一种基于快速分裂Bregman迭代的ISAR超分辨率成像算法。首先,在正则化框架下,将方位分辨率的提高问题转化为一个正则化问题;其次,利用托普利兹矩阵的低位移秩特征和Gohberg-Semencul表示来加速收敛。所提出的算法既利用了分裂Bregman迭代在低信噪比条件下的重构能力,又能保证快速成像。利用仿真和实测数据开展了多项实验,与线性Bregman迭代LBI(Linearized Bregman Iteration)、正交匹配追踪OMP(Orthogonal Matching Pursuit)等现有常用算法的结果进行了比较,结果表明本文算法取得了更佳的成像性能且运行时间相对较短
    27  基于样本增强和自动参数优化的高光谱目标检测方法
    刘浩,许明明,沈彪群,刘善伟,盛辉
    2024, 45(4):31-44. DOI: 10.12347/j.ycyk.20240129001
    [摘要](123) [HTML](12) [PDF 4.01 M](154)
    摘要:
    基于深度学习的高光谱目标检测面临着样本质量不足、网络结构复杂、参数调整费力等问题,本文提出了一种具有数据增强和自动超参数优化的深度学习方法。为了解决样本质量不足的问题,本文引入了一种样本扩增策略。该策略利用端元提取和聚类技术直接从高光谱图像中获取大量背景像素,通过使用相减像素配对方法将这些像素与少量已知目标像素配对,获得大量标记的纯样本对,从而实现数据增强。此外,与大多数复杂的深度网络不同,本文设计了一个由12个卷积层组成的轻量级卷积神经网络(CNN)。该网络专门设计用于高效快速地学习输入样本对与其对应标签之间的映射。结合粒子群优化算法,该网络具有超参数自动优化的能力,克服了参数调整费力的缺点,这使得网络能够根据来自不同高光谱图像的样本自动调整超参数,从而产生最优结果。对于测试像素,训练网络的输入是中心像素与其相邻像素之间的光谱差。当一个测试像素属于目标时,输出分数接近1,反之则接近0。在五个高光谱数据集上的实验结果表明:本文提出的方法明显优于现有的技术。
    28  基于SAR子孔径图像的浅海水下地形探测
    荣飞成,孟俊敏,纪永刚
    2024, 45(1):106-115. DOI: 10.12347/j.ycyk.20231115002
    [摘要](210) [HTML](15) [PDF 0.00 Byte](304)
    摘要:
    沿海地区水下地形的精确测量是人类开展海洋活动的关键,合成孔径雷达(SAR)为浅海地形的探测提供了一种新的手段,其中TerraSAR-X 的聚束模式以较长的积分时间得到高分辨率的 SAR 数据,从而能较为精确地反演浅海的海底地形。传统 SAR 图像水下地形探测基于波周期不变的假设,这不仅需要已知初始水深求解波周期,还给探测结果带来一定误差。本文提出一种基于子孔径图像的水下地形探测方法,将一景SAR图像分解成多景时间间隔固定的子孔径图像,利用子孔径图像间的时间间隔,求解不断变化的波周期,从而获得更加精确的水下地形。使用在海南蜈支洲岛的 TerraSAR-X 数据验证了此方法的可行性,将此方法反演得到的结果与GEBCO数据进行比较,发现两者吻合较好(MAE为2.8 m,MRE为23.91%),证明了此方法在浅海反演水深的巨大潜力。
    29  弹载双基前视SAR俯冲段成像制导路径优化研究
    王洁雨,周鹏,张彬,张振华,张晰,张杰
    2024, 45(2):99-108. DOI: 10.12347/j.ycyk.20231213001
    [摘要](169) [HTML](19) [PDF 2.07 M](331)
    摘要:
    弹载双基前视合成孔径雷达(Missile-Borne Bistatic Forward-Looking Synthetic Aperture Radar,MBFL-SAR)可实现俯冲段全程二维高分辨率成像,还可实现导弹间的协同作战,提高制导精度。针对此构型下发射机轨迹直接影响双基成像分辨率的问题,分析了MBFL-SAR构型下的俯冲段二维分辨率特性,结合导弹的运动特性,在二维分辨率及导弹运动学对弹道的约束下,把导弹的三维加速度变化量作为优化变量,构建了与场景内分辨率夹角相关的目标函数,利用参数自适应的改进遗传算法进行发射机弹道优化仿真。与现有的基于线性衰减模型的轨迹设计方法相比,本文所提的轨迹优化方法可更好地满足高分辨率成像的要求。
    30  高速平台下动目标高分辨成像方法研究
    丁柏圆 闫海鹏 黄光泉 魏子杰 刘承禹
    2021, 42(6):98-106. DOI: 10.12347/j.ycyk.20200902001
    [摘要](174) [HTML](0) [PDF 2.14 M](458)
    摘要:
    高速平台对地面强散射移动目标或者海面舰船目标进行合成孔径雷达成像(SAR)时,存在两方面问题:一是传统SAR匀速直线模型已不适应高速平台自身高动态运动特征;二是目标的非合作运动一方面会引起图像散焦,另一方面动目标在地距图中的位置会产生较大偏移。针对这两个问题,首先在匀加速度模型频域相位滤波算法下,推导出了精确的斜地投影关系以及近似的反投影关系,同时给出了基于惯性组合导航(INS)的平台运动补偿方法,最后结合自聚焦技术,完成对舰船目标的聚焦并得到以目标为图像中心的地距图。
    31  激光雷达对沉潜油探测的探索*
    王钰,赵一鸣,潘超,张玉石,韩晓爽
    2020, 41(2):36-42.
    [摘要](55) [HTML](0) [PDF 20.32 M](400)
    摘要:
    目前,人们对于海洋沉潜油的规律研究及控制水平较低,特别是探测 30m 深度以内的浅海地区的沉潜油分布信息,其主要原因是缺乏快速有效的探测手段。北京遥测技术研究所开发水下探测激光雷达样机,利用激光在海水中良好的透过特性,用于对水下沉潜油的探测以及对海底等目标的高精度探测。样机完成在水池中进行水下沉潜油的模拟探测试验,对沉潜油样本的典型激光回波信号进行采集分析,并测量模拟探测深度。试验结果基本符合设计预期, 为进一步提升激光雷达沉潜油探测能力打下良好基础。
    32  基于运动参数估计的中轨道星载SAR舰船成像算法研究*
    赵 彬 廖婉伶 朱 鑫 黄祖镇 张 云
    2022, 43(2):81-90. DOI: 10.12347/j.ycyk.20210323001
    [摘要](200) [HTML](0) [PDF 1.72 M](553)
    摘要:
    中轨合成孔径雷达具有非匀直运动轨迹的特点,对非合作运动舰船目标成像时,相对运动复杂,成像困难。提出一种适用于中轨SAR海上运动舰船目标的高分辨成像算法,首先分析中轨SAR的特性,推导中轨SAR精确的斜距模型,分析由运动舰船引起的回波相位误差,结合斜距模型和多普勒参数估计推导舰船运动参数,进而修正斜距模型,根据修正后的斜距模型补偿舰船运动带来的误差,获得清晰的运动舰船目标图像,并通过实验仿真验证了所提算法能够有效改善成像效果,得到聚焦良好的目标图像。
    33  基于移动最小二乘法的机载SAR成像运动误差补偿方法
    薛濛,谭维贤,徐伟,张振华,黄平平
    2021, 42(2):54-61.
    [摘要](152) [HTML](0) [PDF 1.31 M](469)
    摘要:
    机载SAR平台在飞行过程中产生的运动误差会导致成像质量下降,利用测量数据提取运动误差是机载SAR运动补偿的重要手段之一。通过对机载SAR运动误差理论的推导,提出一种基于移动最小二乘法的机载SAR成像运动补偿方法,方法借助于惯性导航系统记录的东北天三维速度信息,对其进行处理,进而获得雷达平台的三维空间信息,再与后向投影算法结合,完成SAR成像运动补偿。方法是对最小二乘法进行改进,使其不需要对数据进行分段估计和平滑,还可以保证估计结果的正确性。实验结果验证方法对运动误差估计的准确性和有效性。
    34  一种视频SAR运动目标成像算法
    闫蒙恩,李凉海,陈浩川,张振华
    2021, 42(1):51-55.
    [摘要](60) [HTML](0) [PDF 1.05 M](452)
    摘要:
    视频合成孔径雷达ViSAR(Video Synthetic Aperture Radar)成像模式与传统SAR成像模式不同,此模式需要持续监测目标区域。通过子孔径划分的方法将目标区域的回波划分孔径,然后针对每一个划分后的子孔径进行单独成像和配准,最后把每一帧图像进行处理形成视频,利用序列图像形成的视频去提取目标的运动信息。视频SAR独特的高帧率成像处理使其对运动目标的检测具有很大的优势。提供了一种基于极坐标算法PFA(Polar Format Algorithm)的视频SAR运动目标成像的方法,视频SAR成像帧率可达到每秒5帧。
    35  基于二阶Keystone变换的FMCW SAR动目标成像与参数估计
    贺靖,谭鸽伟
    2023, 44(6):80-89. DOI: 10.12347/j.ycyk.20230804001
    [摘要](167) [HTML](48) [PDF 2.87 M](313)
    摘要:
    本文研究了一种适用于调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW)合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)的地面动目标成像与参数估计的方法。首先,建立FMCW SAR系统下的动目标回波模型,通过多普勒频移补偿和时频代换,提出了一种基于二阶Keystone变换校正动目标回波距离弯曲的方法。其次,用Hough变换去估计动目标距离向速度,并据此进行距离走动校正。最后,采用Wigner-Hough变换估计动目标的多普勒调频率,通过补偿二次和三次多普勒相位实现动目标的精确聚焦。仿真结果表明:该方法对参数估计有较高的准确性,同时估计的参数对动目标成像有较好的聚焦效果。
    36  基于复数域Transformer-Unet混合模型的PolSAR地物分类
    谢雯,张嘉鹏,张哲哲,闪晨超
    2024, 45(3):35-42. DOI: 10.12347/j.ycyk.20240116002
    [摘要](222) [HTML](26) [PDF 5.14 M](295)
    摘要:
    传统的基于深度学习的极化合成孔径雷达(Polarimetric Synthetic Aperture Radar,PolSAR)地物分类方法,通过堆叠卷积层提取图像局部特征,难以建立长距离依赖关系。基于自注意力机制的深度学习模型Transformer(变换)在图像分类任务中取得了成功,其自注意力机制能够捕获全局像素之间的关联性,同时PolSAR地物分类任务被证实:相比于实数域,其在复数域上表现出更好的分类效果。因此,本文将Transformer引入到复数域中,提出了一种基于复数域的Transformer和Unet(语义分割网络)混合模型(CT-Unet)用于PolSAR地物分类,将Transformer与CNN相结合,对复数类型的PolSAR数据进行特征提取,使用西安数据集和德国数据集进行PolSAR地物分类的实验结果表明:提出的模型能够有效提高PolSAR地物分类的准确性,Transformer有望在PolSAR地物分类任务中弥补卷积神经网络的不足。
    37  基于CNN-Transformer的自编码器红外和可见光图像融合方法
    李霖,沈永健,张鹏宇,原昊,王超
    2024, 45(5):109-119. DOI: 10.12347/j.ycyk.20240326002
    [摘要](75) [HTML](14) [PDF 9.87 M](133)
    摘要:
    基于自编码器的图像融合模型因无需手动设计融合规则而受到更多关注。然而,该融合网络编码器采用的卷积神经网络仅对局部感受野敏感,无法提取图像全局特征,且缺乏从红外图像和可见光图像中提取独特特征的能力。本文构建了一种基于自动编码器的新型图像融合网络,该网络由编码器模块、融合模块和解码器模块组成。在编码器模块中,结合使用CNN 和Transformer模块以同时捕捉原图像的局部和全局特征。此外,为提取原图像特定信息,分别为原红外和可见光图像设计对比度增强和梯度增强模块。编码器模块获得的特征图像经融合模块串联后输入解码器模块,从而获得融合图像。在三个数据集上的实验结果表明,本文提出的融合网络能较好地保留了红外图像和可见光图像的清晰目标和细节信息,在主观和客观评价方面均优于其他先进方法。同时,本文提出的网络所获得的融合图像 在目标检测中获得了最高的平均精度,证明图像融合有利于下游任务。
    38  基于交互融合的高精度图像融合算法的研究
    王吉哲,李勃,马晨瑛,殷奇缘,周鹏
    2023, 44(6):64-71. DOI: 10.12347/j.ycyk.20230704002
    [摘要](223) [HTML](64) [PDF 6.00 M](225)
    摘要:
    针对可见光和SAR图像融合,提出了一种基于跨模态差分感知和注意力机制的交互融合(TDPAM Fusion)算法,能有效保留可见光图像中的纹理结构和SAR图像的细节信息。首先,采用跨模态差分感知融合(Cross-Modal Differential Perception Fusion,CMDAF)模块提取图像的互补信息,避免真值缺失并提高融合精度。其次,通过坐标注意力机制(Coordinate Attention,CA)提高特征提取的准确性和效率,增强语义信息的集成。最后通过交互融合算法(Interactive Fusion Module,IFM)将特征自适应融合。设计了相应的大型基准数据集,用于网络模型的训练和测试。实验结果表明:TDPAM Fusion融合算法可以获得包含清晰SAR信息的高质量可见光图像。此外,融合算法将互信息(Mutual Information,MI)、空间频率(Spatial Frequency,SF)、视觉保真度(Visual Fidelity,VIF)和相关系数(Correlation Coefficient,CC)等关键指标,分别提高了约6.41%、10.36%、14.25%和4.74%。
    39  基于改进SSD算法的航拍目标检测算法研究
    黄奕川 李凉海 马纪军 崔慧敏
    2022, 43(3):79-85. DOI: 10.12347/j.ycyk.20211229001
    [摘要](200) [HTML](0) [PDF 1.35 M](431)
    摘要:
    研究基于深度学习技术的无人机航拍图像目标检测算法,首先介绍目标检测算法SSD(Single Shot MultiBox Detector),并对其特征提取网络进行改进,采用稠密特征提取网络替换原网络的主干特征提取网络,提高算法的特征提取能力,从而提升了算法的检测精度。针对网络实时性问题,在算法中引入分组卷积,极大地减少了网络参数量,提升了网络推理速度。为解决训练中出现的正负样本不均衡问题,利用焦点损失(Focal Loss)改进了原算法的损失函数,进一步提升了网络的收敛速度和精度。最后,通过仿真验证了改进算法在目标检测精度上的优越性。
    40  KDTGAN:基于Transformer-GAN和知识蒸馏的高光谱目标检测
    谢雯,闪晨超,张哲哲,张嘉鹏
    2024, 45(2):10-17. DOI: 10.12347/j.ycyk.20240119001
    [摘要](346) [HTML](71) [PDF 4.79 M](416)
    摘要:
    高光谱目标检测在地球观测中至关重要,被广泛应用于军事和民用领域。然而,由于高光谱图像的背景复杂性和目标样本的有限性,该任务面临较大的挑战。本文首先采用CEM(约束能量最小化)粗检测方法提取背景数据。随之,引入了一种新的知识蒸馏模型,即KDTGAN(通过Transformer-GAN实现)。教师模型的生成器采用了Transformer编码器的结构,并结合多尺度数据融合的方法,能够准确地学习背景分布,进而通过重构背景信息实现目标检测。为了克服GAN(生成对抗网络)训练不稳定的挑战,特别是纯背景数据的稀缺性,本文提出了一种新的损失算法,以减小可疑目标样本对模型性能的负面影响。为了降低模型的计算负担,本文引入知识蒸馏,并设计新的蒸馏损失对学生模型加以约束,使模型轻量化的同时提高学生模型检测精度。实验结果表明:KDTGAN相较于当前检测方法表现更优,具有更高的检测精度和鲁棒性。