嫦娥一号干涉成像光谱仪数据TiO2 反演初步结果

反演月表TiO₂含量的分布对于月球科学研究和未来月球资源开采与利用具有重要意义. 利用干涉成像光谱仪数据对月表TiO₂ 反演进行了初步尝试, 获得了基于月球着陆点数据和月面真值的TiO₂ 反演公式. 将该公式应用于嫦娥一号干涉成像光谱仪数据, 获得了TiO₂ 在Apollo 16 登陆点附近高地、月球澄海MS2 地区的低钛玄武岩和高钛玄武岩等地区的局域分布特征. 经与Clementine UVVIS 数据反演结果进行比较, 嫦娥一号干涉成像光谱仪数据的TiO₂ 含量初步模型对于所研究的高地地区预测偏高0.7 wt.%左右, 对于月海低钛地区的预测偏高1.5 wt.%左右, 对于月海高钛地区的含量预测偏低0.8 wt.%左右.     

西安相机将助“嫦娥”览月

不久前,我国绕月探测卫星主载荷“光学成像探测系统”在中科院西安光学精密机械研究所研制完成,并交付国家探月工程应用系统总体部。此系统将搭乘我国“嫦娥一号”绕月探测卫星,飞行38万km后到达月球上空,为中国人拍下自己的第一张“月球标准照”。在我国探月一期工程即“嫦娥一号”绕月工程中,西安光学精密机械研究所承担了“光学成像探测系统”的研制任务。这套系统由2台具有独立功能的光学遥感设备组成,包括1台“CCD立体相机”和1台“干涉成像光谱仪”。作为“嫦娥一号”绕月探测卫星的主载荷,这套系统将参与我国首次绕月探测工程的科…     

“嫦娥一号”微波辐射计观测月球虹湾地区表面物理温度昼夜时间分布

由中国“嫦娥一号”(CE-1)微波辐射计对月球虹湾地区观测时刻相对应的太阳入射角与方位角, 由极点球面坐标系与月球观测点局部坐标系的转换关系, 得到CE-1 对月球虹湾区域(Bay of Rainbow, 拉丁文Sinus Iridum)观测的当地时间. 采用CE-1 微波辐射计观测数据, 得到月球虹湾地区当地不同时间的辐射亮度温度(T_b)变化分布. 由月表三层模型的热辐射传输理论, 结合CE-1 微波辐射计19 与37 GHz 通道的T_b 数据, 反演得到月球昼夜不同时段虹湾地区表面月尘层与月壤层的物理温度变化, 分析了影响虹湾地区月表面物理温度的主要因素.     

HJ-1A星干涉成像光谱仪数据业务化光谱重建

2008年9月6日, 环境减灾小卫星星座A/B星(HJ-1A/B)成功发射. HJ-1A星上搭载的干涉成像光谱仪是我国第一个对地成像的星载高光谱相机(HSI), 同时也是世界上第一个基于干涉成像原理设计的民用高光谱成像仪, 具有极为重要的研究与应用价值, 是我国星载高光谱相机发展的一个重要里程碑. 针对HSI原始干涉数据的特点, 研究并建立了HSI数据业务化处理流程与光谱重建的算法, 尤其针对干涉数据的预处理, 设计了CCD相对辐射校正、全系统校正、滤波、相位修正、切趾等数据预处理算法. 目前, 该光谱重建流程与算法已在中国资源卫星应用中心多星多任务地面数据处理系统中得到实施和应用, 具有极高的运行效率与较理想的处理质量.     

基于LRO NAC影像的嫦娥三号着陆点高精度定位与精度验证

嫦娥三号(CE-3)着陆器的高精度定位具有重要的工程意义和科学应用价值.本文研究基于美国月球侦察轨道器(lunar reconnaissance orbiter,LRO)窄角相机(narrow angle camera,NAC)高分辨率月球遥感影像进行CE-3着陆点高精度定位的方法,并利用月面绝对控制点进行精度验证.收集历年来CE-3号着陆区和月球表面棱镜点的LRO NAC数据,利用精化后的轨道、姿态及相机参数等数据建立LRO NAC的严密成像几何模型,通过严密成像几何模型的初始点位预测、人工量测和高精度匹配等方式,获取影像上着陆点和月面激光测距反射棱镜点的影像坐标.用DEM辅助单像测图方法分别对CE-3着陆点和各棱镜标志点进行定位解算,将棱镜点的定位结果与地面观测的高精度定位值对比进行精度评价.利用本文方法,得到CE-3着陆点定位坐标为北纬44.1219?,西经19.5113?.     

基于"嫦娥一号"的月表形貌特征分析与自动提取

利用"嫦娥一号"CCD相机获得的遥感影像及其经三线阵数字摄影测量处理后的DEM数据(空间分辨率为500 m)进行了月表形貌特征分析.结果表明:月球的平均高程为-742 m,最大高程点和最小高程点均位于月球的背面,其中前者位于Engel'gardt撞击坑东缘,后者位于Minkowski撞击坑的次级撞击坑内;月球表面相对平...     

北方地区MODIS和MISR与AERONET气溶胶光学厚度的比较及其时空分布分析

通过对比2006～2009年,搭载在Terra卫星上的中分辨率成像光谱仪(MODIS)和多角度成像光谱仪(MISR)传感器与我国北方4个地面AERONET站点观测的气溶胶光学厚度AOD(aerosol optical depth),发现在SACOL站和北京站,MISR反演的气溶胶光学厚度优于MODIS;在香河站和兴隆站,MODIS反演的气溶胶光学厚度优于MISR.总体上,MISR反演的Angstrom值与地面观测相对误差为14%,而MODIS反演结果的相对误差为30%.因而在气溶胶辐射强迫研究中,使用MISR反演的Angstrom值来计算不同波段的气溶胶光学厚度,得到的结果误差较小.同时,利用卫星观测分析了我国大部分地区AOD季节平均分布特征:主要有两个高值区,分别是塔克拉玛干沙漠和华北南部以及华东北部地区.高值区位置随四季变化不明显,但在量值上有明显的季节变化.塔里木盆地春季AOD值最大,华北南部以及华东北部AOD值在夏季最大.MODIS和MISR Angstrom指数分布均表明,春季塔克拉玛干沙漠的气溶胶粒子半径最大;夏季两个高值区的气溶胶粒径达到最小.     

“嫦娥三号”月球探测器的轨道确定和月面定位

我国探月工程二期"嫦娥三号"月球探测器(CE-3)在月球正面虹湾以东地区登陆,这是我国首次在地球以外的天体成功实施软着陆.CE-3采用X频段测距测速联合VLBI测量技术进行定轨定位工作,其中VLBI采用了ΔDOR测量技术,测量精度较CE-1/CE-2任务有很大提高.本文评估了CE-3地月转移段、环月段和动力落月段的定轨精度,分析了着陆器定位以及巡视器相对定位精度.分析结果表明环月100 km×100 km和100 km×15 km轨道确定精度分别约为20和30 m,精度比CE-2提高约50%,与同时期国外月球探测定轨精度相当.CE-3新增了动力落月段和月面工作段的定轨定位工作,本文利用运动学统计定轨方法确定了CE-3动力落月轨迹,综合分析落月轨迹确定精度优于100 m.利用统计定位方法确定了着陆器的在月固系的位置,以及巡视器相对于着陆器的相对位置,着陆器定位结果和LRO图像数据差异小于50 m,差分群时延数据巡视器相对定位精度在百米量级,而利用高精度的差分相时延数据,结合一定的数据处理策略,可以得到精度在米级的着陆器和巡视器相对定位结果.     

VLBI相位参考成像方法用于玉兔巡视器精确定位

实时高精度VLBI技术在嫦娥三号任务中的成功应用,为探测器的成功落月及月面定位提供了重要保障.目前使用VLBI群时延及测距数据获得的玉兔巡视器在月面上相对着陆器的位置精度约100 m.为获得更精确的巡视器位置,在中国VLBI网同波束观测条件下,将天文相位参考成像方法成功用于月面定位.先将探月VLBI软件相关处理机结果转为通用FITS-IDI数据格式,然后用天文成像软件对着陆器和巡视器进行相位参考成像,得到巡视器天线相对于着陆器天线的角位置.在此基础上,提出了新的探测器月面相对定位算法,获得了玉兔相对于着陆器高精度月面位置.由于利用了同一基带转换器数据进行相位参考成像,消除了共同的系统误差,因此获得了极高的定位精度.本文分别完成了玉兔离开着陆器前,两器处于初始零位条件时,以及两器在不同位置相互拍照时的相对位置测量.理论分析、零位测量及与视觉定位结果的比较表明,采用VLBI相位参考法获得的玉兔巡视器的相对位置精度约为1 m.本方法可用于未来月球及行星表面巡视器相对位置精密测量、导航与视觉定位结果的标定.     

全球沙漠面积和粉尘排放量的新估算

沙漠是干旱半干旱地区最重要的地表景观,是粉尘排放的主要源区.确定全球沙漠边界、计算沙漠面积、估算沙漠的粉尘排放量对于定量评估沙漠对气候与环境的影响具有重要意义.利用中分辨率成像光谱仪（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS）数据,结合支持向量机（Support Vector Machine,SVM）、试错法及目视解译技术提取了全球沙漠范围.对全球沙漠分区域进行面积和分类精度计算.利用地形、降水、蒸散、地表风速等数据对全球沙漠的环境变化进行分析.基于移动风蚀仪（Portable In-Situ Wind Erosion Laboratory,PI-SWERL）的观测数据,结合地表类型、土壤湿度和摩阻风速估算出全球沙漠的年粉尘排放量.研究表明,全球沙漠面积为～17.54×10⁶km²,总体分类精度为92.37%.沙漠多分布于地形低于2000 m、降水量不足200 mm、全年风速为4～6 m/s的极端干旱和干旱地区.沙漠每年排放～1792.65 Tg粉尘(本文指PM₁₀     

“嫦娥一号”对环形山起伏非均匀月表层微波辐射观测的理论建模分析

中国“嫦娥一号”探月卫星在世界上首次采用多通道微波辐射计垂直测量月球表面的微波热辐射, 以期由多通道微波辐射亮度温度了解整个月球表面的微波辐射特征, 进而反演月壤层厚度, 估算月壤层富含的氦3含量. 在该科学目标和技术条件下, 讨论了月球表面微波辐射理论建模中月表粗糙面、温度廓线介质辐射、密集粒子散射等物理要素的影响. 按照月表面环形山数目与形态的统计特征, 数值构造环形山随机分布的月表面地形. 由规则三角形网格对“嫦娥一号”微波辐射计空间分辨率量级的月表面地形数值剖分, 来计算随机起伏粗糙月表面微波平均反射率与发射率. 数值结果表明在“嫦娥一号”微波辐射计空间分辨率的条件下, 环形山月表面可视为平表面建模. 由具有相干势的准晶体近似讨论了月壤层密集颗粒的散射与吸收特性, 及其月壤层有效介电常数的计算. 用分层辐射传输方程推导具有非均匀温度廓线分布的月尘、月壤、月岩层微波辐射亮度温度, 分析了各个物理参数对辐射亮度温度的影响. 从而分析了“嫦娥一号”对月表面微波辐射观测的三层结构理论建模与参数选取.     

一种提高积雪深度估算精度的D-InSAR方法

积雪深度(雪深)是反映积雪时空变化规律的重要参数,是全球及区域气候变化与水文循环等研究不可或缺的观测变量.差分合成孔径雷达干涉(differential interferometric synthetic aperture radar, D-In SAR)技术利用降雪前后微波穿透积雪层形成的差分干涉相位与雪深建立几何函数关系,被广泛地应用于区域小尺度雪深估算研究.然而,其估算精度受干涉像对相干性、局地地形和积雪介电常数等因素的影响.本研究基于高分辨率Sentinel-1 SAR数据,通过引入高相干系数区域、Sentinel-2光学影像、Google Earth影像和地表覆盖类型选取地面控制点优化雪深差分干涉相位解缠精度,利用卫星局地入射角和实测积雪密度降低斜距-相位关系模型经验误差,估算得到青藏高原东北部八宝河流域2021年消融期雪深时空分布,同时根据卫星同步积雪实测资料详细探讨了雪深估算误差来源.122个地面雪深实测数据(气象站点+野外测量)验证结果表明,优化后的D-In SAR差分干涉处理能提高雪深估算精度, RMSE为3.9 cm, MAPE为20.03%, R²     

多模式SAR玉树地震协同分析

2010年4月14日发生在青海省玉树县的里氏7.1级地震对人民的生命和财产造成了严重的损害.利用宽幅、干涉和极化3种模式SAR数据,课题组进行了如下研究:①利用RADARSAT-2宽幅SAR数据,分析了玉树地震的区域地质构造和岩性分布特征;②利用ALOS/PALSAR干涉SAR数据,获取同震形变场,结合区域地质背景分析了形变程度以及空间分布;③利用极化SAR数据,采用H-α-p方法提取地震造成的玉树县城倒塌建筑物空间分布,并分析了建筑物的倒塌原因.研究证明了多模式SAR在地震灾情协同分析与评价中的有效性和重要潜力.     

绕月探测工程科学探测成果公布

嫦娥一号是我国发射的第一个月球轨道探测器,是中国月球探测工程绕、落、回发展战略的第一步.嫦娥一号于2007年10月24日成功发射,2009年3月1日受控撞月,得到了大量月球数据产品,填补了我国在月球和深空探测领域的空白.     

知识驱动的鄱阳湖区域钉螺分布预测模型研究初探

目前对血吸虫中间寄主钉螺的监测与预测完全是基于遥感影像光谱信息的,计算结果只是"预测钉螺"的一个非完全条件约束解.将2005年10月31日的TM遥感影像数据与GIS专题数据(DEM、鄱阳湖边界、植被、土壤、土地利用)有机结合起来,根据钉螺孳生的发生学机理,运用遥感、地球信息技术和知识驱动的地理建模方法,进行了鄱阳湖区钉螺空间分布的预测.结果显示:随着总模糊隶属度由高到低变化,在10%的模糊隶属度高值区的栅格中,钉螺检验数据组中出现的钉螺比例达到81%左右,说明所建模型能有效地预测钉螺的出现与否.     

稀薄颗粒气体的运动速度几率分布函数

利用在微重力环境下获得的稀薄颗粒体系长时间(2 h)运动的录像数据, 得到了颗粒气体的非高斯速度几率分布, 分布函数接近负e指数. 应用湍流中的朗之万方程修正形式, 探讨给出颗粒体系速度几率分布函数普适表达式的可能性.     

基于地基观测的嫦娥三号着陆器与巡视器高精度定位

嫦娥三号(CE-3)探测器成功实现了我国首次月球软着陆,对巡视器和着陆器进行高精度定位是保障两器顺利完成月面探测任务的必要前提.本文首先对CE-3月面工作段的测量方式、各观测量测量模型以及运动学统计相对定位方法进行讨论.其次对着陆器进行定位并对定位精度进行评价,得到着陆器坐标为:44.1206°N,-19.5124°E,高程-2632 m(相对1737.4 km月面),通过与月面数字高程模型以及NASA探测器LRO的航拍结果比较,定位差异优于50 m,分析表明VLBI数据对提高着陆器定位精度有显著贡献.最后,利用同波束VLBI数据进行月面巡视器与着陆器的相对定位.与视觉定位方法相比,本文所用的基于地基观测量的运动学统计定位法不受着陆器可视范围限制,且定位精度不随两器距离增加而降低.计算结果表明,在现有的测量条件下,使用纳秒量级的VLBI差分群时延数据,两器相对定位精度在百米;使用皮秒量级的VLBI差分相时延数据,并在定位过程中进行模糊度解算,可以实现米级的月面双目标的相对定位,具有重要意义.     

2008 与2010 年黄海浒苔漂移输运特征对比

利用中国近海三维海浪-潮流-环流耦合数值模式, 分别对2008 年6~7 月(青岛奥帆赛前期)和2010 年6~7 月黄海浒苔的漂移开展了模拟和预测, 研究了黄海漂浮浒苔在青岛聚集的动力学成因. 揭示了2008 年6 月浒苔之所以在青岛近岸大量聚集, 是因为该海区月平均表层流向向岸且与岸线几乎垂直; 相比之下, 2008 年7 月上旬表层流场与岸线大致平行, 因而海上浒苔的漂移对奥帆赛场的压力明显减缓. 利用数值模式预测2010 年6 月下旬浒苔主体不会在青岛登陆, 该预测与其后的观测事实相吻合. 研究发现, 风场驱动下的海洋表层流场年际变化是浒苔漂移路径变异的主要原因, 提出区域气候变化是影响海洋生态系统的一种途径.     

青藏高原大气氧含量影响因素及其贡献率分析

已有工作认为,近地表空气中氧气相对含量在不同海拔上无明显变化.然而,对采集自青藏高原的数据利用主成分分析发现, 500 hPa的大气温度(500 hPa-T)、地表植被盖度及海拔对氧气相对和绝对含量都产生一定的影响.就氧气相对含量而言,植被盖度的方差解释率为33.1%, 500 hPa-T和海拔的方差解释率分别为28.5%和3.9%,总方差解释率为65.5%;通过理想气体状态方程计算得到氧气绝对含量,发现海拔对其方差解释率为45.9%,植被盖度和500h Pa-T分别为18.5%和14.5%,总方差解释率为78.9%.认识高海拔地区氧气相对和绝对含量与其对应的植被及气象要素间的关系,不仅对改善居住及生活在高海拔地区人类和家畜的健康具有重要指导作用,也对加深理解全球变化背景下高海拔地区的环境风险有重要的理论与实践意义.     

嫦娥二号卫星轨道确定与测轨技术

嫦娥二号卫星轨道为运载火箭直接将卫星送入地月转移入口点、近月点100km高度月球捕获型轨道.该类型轨道确定及精度评估是测控需要解决的关键问题之一;X波段测量技术实验数据处理方法及精度评估是测定轨中要解决的另一关键问题.本文针对喷气卸载对转移轨道定轨的影响提出了截短观测弧段以提高轨道解算精度的定轨策略,提出了基于入轨轨道与地月转移第一次中途修正量的入轨点精度评估方法,以及基于渐进重叠弧段的近月捕获轨道精度评估方法,在摄动力分析的基础上给出了100km高环月工作轨道月球重力场模型选用策略.给出了深空相位测量数据处理方法,对X波段测距及DOR数据噪声进行了评估.分析表明,文中给出的定轨策略正确、可行,嫦娥二号卫星在地面控制中心的测控下准确进入环月工作轨道;X波段测量数据处理与精度分析方法正确,测速及时延数据噪声降低70%以上,测轨实验数据精度有显著提高.X波段测轨技术与数据处理方法适用于后续深空探测.