卫星红外遥感器辐射定标模型与方法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张勇，祁广利，戎志国 著

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• 卫星遥感
• 红外遥感
• 辐射定标
• 遥感器
• 模型
• 方法
• 大气校正
• 图像处理
• 地球观测
• 误差分析

出版社： 科学出版社有限责任公司

ISBN：9787030451927

版次：01

商品编码：11781025

包装：平装

丛书名： 地球观测与导航技术丛书

开本：16开

出版时间：2015-09-01

页数：308

正文语种：中文

内容简介

本书是一本综合介绍卫星红外遥感器在轨绝对辐射定标原理与方法的专著，内容既包括了卫星红外遥感器辐射定标的国内外主流方法和理论，又吸收了作者近10年来在红外遥感辐射定标方面的最新研究成果，特别是半光路星上黑体定标修正模型研究、基于高光谱红外遥感器的在轨交叉辐射定标、基于大洋浮标和再分析场数据的定标理论与方法、青海湖浮标观测系统及在轨定标、敦煌戈壁地温全自动测量系统及其定标研究、红外波段高光谱发射率数据的测量与反演方法研究、红外探测器的非线性定标模型融合研究，以及卫星红外遥感器高精度高频次综合辐射定标方法研究等方面的最新成果和最新进展。本书注重取材新颖和学科发展的前沿，尤其注重其实用价值。

目录

《地球观测与导航技术丛书》出版说明
前言
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 卫星遥感器辐射定标技术发展
1.3 卫星红外遥感器的国内外定标发展现状
1.4 国内主流卫星红外遥感器辐射定标存在问题
参考文献

第2章 星上黑体定标修正模型研究
2.1 引言
2.2 多通道扫描辐射计介绍
2.3 星上全光路黑体定标修正模型建立
2.4 星上黑体修正模型的误差分析与精度评价
2.5 小结
参考文献

第3章 基于高光谱红外遥感器的交叉辐射定标
3.1 引言
3.2 高光谱基准仪器及全球天基交叉定标系统
3.3 基于高光谱仪器的交叉定标方法
3.4 LEO与GEO卫星间的交叉定标
3.5 LEO与LEO卫星间的交叉定标
参考文献

第4章 基于大洋浮标和再分析场数据的定标模型与方法
4.1 引言
4.2 大洋浮标与再分析场观测资料
4.3 FY-2卫星红外通道的辐射定标
4.4 FY-3卫星红外通道大洋浮标监测方法研究
4.5 风云卫星大洋浮标替代定标和检验软件平台
参考文献

第5章 基于自动化观测的卫星红外遥感器场地辐射定标方法研究
5.1 中国遥感卫星辐射校正场介绍
5.2 青海湖浮标观测系统及在轨定标
5.3 敦煌戈壁地温自动测量系统及其定标研究
5.4 中国遥感卫星辐射校正场自动化观测能力建设
参考文献

第6章 红外遥感器非线性定标模型融合研究
6.1 引言
6.2 红外探测器探测原理
6.3 红外遥感器辐射定标模型
6.4 非线性定标模型检验与分析
6.5 小结
参考文献

第7章 红外遥感器综合辐射定标方法研究
7.1 引言
7.2 现有红外波段辐射定标方法
7.3 综合辐射定标
7.4 不同定标方法的误差分析与比较
7.5 定标系数的真实性检验与精度分析
7.6 定标系数的应用潜力评价
7.7 小结
参考文献

第8章 讨论与展望
8.1 国际卫星红外遥感器辐射定标发展趋势分析
8.2 我国卫星红外遥感器辐射定标展望
8.3 未来卫星红外遥感器发展趋势
参考文献
索引

精彩书摘

　　《卫星红外遥感器辐射定标模型与方法》：
　　我国目前在轨的热红外遥感器大都搭载在气象卫星和海洋卫星上，地表分辨率都在千米数量级别，而高地面分辨率的CBERS—02热红外遥感器IRMSS在2006年4月已经停用。为了满足不断发展的热红外定量化应用需求，我国发射了环境与灾害监测预报小卫星星座——环境一号（简称HJ—1）卫星。环境一号卫星由两颗光学小卫星（HJ—1A、HJ—1B）和一颗合成孔径雷达小卫星（HJ—1C）组成，具有中高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率、宽观测带宽性能，能综合运用可见光、红外与微波遥感等观测手段弥补地面监测的不足，可对中国环境变化实施大范围、全天候、全天时的动态监测，初步满足中国大范围、多目标、多专题、定量化的环境遥感业务化运行的实际需要。其中，HJ—1B卫星上配备了红外相机，热红外通道采取单一宽通道设置，通道范围为10.5～12.5μm，星下点空间分辨率为300m，量化等级为10bit，幅宽为720km，可以用于监测秸秆燃烧、森林火灾等环境污染与灾害监测预报，还可以进行高精度地表温度反演等定量化应用。因此，HJ—1B红外相机数据将在农业、林业、城市、生态等国民经济各个方面有广泛的应用。
　　自1988年我国第一颗气象卫星风云一号A星（FY—1A）升空以来，经过20多年的发展，两代极轨气象卫星已经成功发射7颗，其中，第一代（风云一号）FY—1A、FY—1B、FY—1C、FY—1D四颗卫星，第二代（风云三号）FY—3A、FY—3B、FY—3C三颗卫星，实现了技术升级换代和上、下午星组网观测，遥感仪器数量由1个增加到11个，空间分辨率从千米级提高到百米量级，通过紫外、可见、红外和微波的全波谱探测，实现了对全球天气、气候、生态环境和自然灾害的综合遥感探测。极轨气象卫星实现系列化发展、业务化运行，初步实现了从试验应用型向业务服务型的转变。同时，发展了第一代静止气象卫星（风云二号），已经成功发射了FY—2A／B／C／D／E／F／G 7颗卫星，实现了双星立体观测和6min成像覆盖中国及周边地区的高时间分辨率数据获取能力。未来的风云三号气象卫星红外通道将增加红外高光谱垂直探测能力，FY—3卫星03批红外高光谱大气垂直探测仪（high—spectral resolution infrared atmospheric sounder、HIRAS）将提供650～1136c—1、1210～1750cm—1、2155～2550cm—1三个波段共1370个通道的高光谱分辨率红外辐射。
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前言/序言

揭秘地球观测的“火眼金睛”：浅析卫星红外遥感器辐射定标的奥秘 在浩瀚的宇宙中，一颗颗卫星如同辛勤的侦察兵，日夜不辍地巡视着我们赖以生存的地球。它们携带的各种传感器，如同人类的眼睛，捕捉着来自地表的电磁辐射信息，为我们描绘出一幅幅生动的地球画像。其中，红外遥感器以其独特的探测能力，尤其擅长捕捉地表的温度、成分等肉眼不可见却至关重要的信息。然而，要让这些“眼睛”传回的原始信号转化为精确可靠的科学数据，一个至关重要的环节——辐射定标，就显得尤为关键。 为什么我们需要辐射定标？ 想象一下，您正在使用一台数码相机拍摄照片。相机传感器捕捉到的光线强度，经过一系列内部处理，最终转化为我们看到的数字图像。如果相机没有经过精确的校准，不同光照条件下拍摄的同一物体，其色彩和亮度可能会产生巨大的差异，使得照片难以准确反映真实场景。 卫星红外遥感器的工作原理与之类似，但其复杂性和精度要求远超普通相机。它捕捉的是地球系统散发出的红外辐射，这些辐射的强度与地表的温度、发射率、大气状况等多种因素密切相关。原始的红外信号，也就是传感器在特定时刻探测到的电信号，并不能直接代表地表真实的物理量。这些信号受到传感器自身性能（如响应率、噪声）、工作环境（如温度变化）、以及外部因素（如观测角度、太阳辐射等）的多种影响。 辐射定标，就是要建立起传感器探测到的原始电信号与地表真实辐射亮度（或与之相关的物理量，如亮温度）之间的精确转换关系。这个过程就好比给卫星上的“红外眼睛”配上了一副精确的“度数”，确保它看到的地球，无论是在白天还是黑夜，无论是在严寒还是酷暑，其观测结果都能够被准确地解释和对比。没有精确的辐射定标，卫星遥感数据将失去其科学价值，无法用于准确监测全球气温变化、研究地表覆盖类型、分析水体质量，乃至预测自然灾害。 辐射定标的“前世今生”与基本原理 辐射定标并非一蹴而就，它经历了漫长的发展历程，从早期的简单线性模型，发展到如今复杂的多项式、非线性模型，以及引入更先进的统计学和物理学方法。但其核心原理始终围绕着一个目标：找到传感器输出信号与输入辐射之间的数学函数关系。 这一关系的建立，通常需要借助定标源。定标源可以分为两种： 1. 在轨定标（On-Orbit Calibration）： 这是最重要也是最常用的定标方式。顾名思义，它是在卫星运行在太空轨道上时进行的。由于太空环境的不可达性，遥感器在轨期间的性能可能会发生漂移，因此必须周期性地对其进行监测和校准。在轨定标通常依赖于以下几种定标源： 黑体（Blackbody）： 黑体是一种能够完美吸收和辐射电磁波的理想物体。通过设置具有已知、稳定且可控温度的黑体，可以模拟地表辐射的特定情况，并测量遥感器在接收到这些已知辐射时的响应。地物反射率仪器（如用于可见光和近红外的）通常会配备高精度、大面积的实验室黑体，使其在太空环境中能够模拟不同温度的地表。 空间辐射标准（Space Radiation Standards）： 这类定标源通常是放置在太空中的已知辐射源，比如一些特殊的星体（如太阳、月球）或者人造的、具有特定辐射特性的标准源。通过观测这些已知辐射源，可以反推出遥感器的响应。 地球场景（Earth Scenes）： 在某些情况下，利用具有已知辐射特性的地球特定区域（例如，稳定的大片冰雪覆盖区域、纯净的大气区域）作为参考，也可以间接进行定标。但这需要对这些区域的辐射特性有非常精确的先验知识。 2. 地面定标（Ground Calibration）： 在卫星发射升空前，遥感器会在地面实验室进行详细的性能测试和校准。这个过程通常是在受控的环境下，使用高精度的实验室仪器（如光谱辐射计、标准灯等）来测量遥感器的响应。地面定标为遥感器在轨定标提供了一个初始基准，并且有助于理解遥感器在不同输入辐射下的响应特性。 定标模型的构建：从线性到复杂 早期，对于许多红外遥感器，其响应与输入辐射之间的关系被简化为线性模型。这意味着，传感器的输出信号（通常是电压或数字计数）与探测到的辐射亮度之间存在一个简单的线性比例关系，可以用一个斜率和一个截距来表示： $$ ext{信号} = m cdot ext{辐射亮度} + b $$ 其中，$m$ 是传感器的增益（gain），$b$ 是偏移量（offset）。通过在轨期间观测两个已知辐射亮度的定标源（例如，一个低温黑体和一个高温黑体），就可以确定 $m$ 和 $b$ 的值。 然而，随着遥感技术的进步和对精度要求的提高，人们发现许多红外遥感器的响应并非严格线性。尤其是在极端温度下，或者受到传感器内部温度变化影响时，其响应会发生偏离。因此，更复杂的多项式模型或非线性模型被引入。例如，一个二次多项式模型可能如下所示： $$ ext{信号} = a cdot ( ext{辐射亮度})^2 + b cdot ext{辐射亮度} + c $$ 其中，$a, b, c$ 是待定的系数。要确定这些系数，通常需要观测更多的定标源，或者采用更精细的统计方法，如最小二乘法，来拟合观测数据。 除了温度引起的非线性，其他因素也会影响定标模型的准确性，例如： 探测器响应非均匀性（Detector Non-uniformity）： 传感器阵列中的每个探测器都可能存在微小的响应差异，导致同一辐射输入下，不同探测器产生不同的输出信号。这需要通过探测器校正（Detector Correction）来补偿，通常是在轨期间通过观测均匀辐射源（如黑体）来计算每个探测器的校正系数。 背景辐射（Background Radiation）： 遥感器本身也会受到来自周围环境的辐射，这会叠加到探测到的地表辐射上，产生误差。这需要在定标模型中考虑背景辐射的影响，或者通过特殊的观测方式来抑制其干扰。 老化效应（Aging Effects）： 遥感器在使用过程中，其性能可能会随着时间的推移而逐渐衰退，表现为增益下降或偏移量变化。因此，定标模型需要定期更新，以适应这种老化效应。 辐射定标的挑战与发展趋势 尽管辐射定标技术已经相当成熟，但仍然面临着诸多挑战： 高精度定标源的获取与稳定性： 制造和维持高精度、稳定性极佳的定标源本身就是一项艰巨的任务。尤其是在太空环境下，定标源的性能可能受到太空粒子、辐射以及长期运行的影响。 地球大气的影响： 红外辐射在穿越地球大气时会发生吸收和散射，这会影响到达遥感器的辐射强度。因此，定标模型需要结合精确的大气传输模型，以消除大气效应的影响，从而得到真实的地表辐射信息。 复杂地表覆盖的区分： 地球表面的覆盖类型极为复杂，包括不同的植被、土壤、水体、冰雪等。这些覆盖物具有不同的发射率，对红外辐射的反射和吸收特性也不同。如何在复杂多变的地表场景下进行精确的定标，是持续的研究课题。 多传感器数据的融合与一致性： 随着越来越多的红外遥感卫星投入使用，如何保证不同传感器之间测量结果的一致性，实现多源数据的有效融合，也是一个重要的挑战。这需要建立统一的定标框架和方法。 当前，辐射定标的研究正朝着以下几个方向发展： 高光谱分辨率红外遥感器的定标： 随着高光谱分辨率红外遥感器的出现，其定标模型需要考虑更复杂的波长依赖性。 多光谱/全光谱一体化定标： 整合可见光、近红外、热红外等多个谱段的定标模型，实现全光谱数据的统一处理。 机器学习与人工智能在定标中的应用： 利用先进的算法来分析海量的遥感数据，识别和补偿定标过程中的非线性效应和误差，提高定标的精度和自动化水平。 长期稳定性监测与评估： 建立更完善的在轨定标机制，对遥感器性能进行持续、精密的监测，确保数据产品的长期一致性和可比性。 结语 卫星红外遥感器的辐射定标，是连接原始探测信号与有意义科学数据之间的桥梁。它如同地球观测的“火眼金睛”，赋予了卫星洞察地球奥秘的能力。正是通过严谨而精密的辐射定标，我们才能获得可靠的卫星遥感数据，从而深刻理解地球系统的变化，为应对气候变化、监测自然资源、保障人类生存环境提供强有力的科学支撑。这个领域的研究，仍在不断深入，为我们描绘出更清晰、更准确的地球未来。

评分☆☆☆☆☆

最近在进行一项关于环境监测的课题研究，急需了解不同传感器的性能指标和应用场景。《环境监测传感器原理与实践》这本书，简直是为我量身定做的！它系统地介绍了各类环境监测传感器，涵盖了气体传感器、颗粒物传感器、水质传感器、噪声传感器等等。我最看重的是书中对每种传感器工作原理的深入剖析，比如半导体气体传感器的气敏机理，压电晶体颗粒物传感器的质量变化检测原理，以及电化学水质传感器的离子选择性薄膜技术。不仅仅是原理，书中还详细列举了各种传感器在实际应用中可能遇到的问题，例如漂移、交叉敏感性、老化等，并给出了相应的校准和补偿方法。书中还包含了大量的实验数据和图表，展示了不同传感器在不同环境条件下的响应特性，这对于我进行实验设计和数据分析非常有指导意义。此外，书中还对传感器网络的构建和数据融合技术进行了介绍，这为我将来的研究提供了更广阔的视野。这本书的实践性非常强，让我能够将理论知识快速地转化为实际应用。

评分☆☆☆☆☆

一直以来，我都对机器学习的底层算法原理感到有些模糊，总觉得那些框架和库是“黑箱”。《深度学习的数学基础》这本书，则彻底改变了我的看法！它就像一把钥匙，为我打开了深度学习的“天窗”。书中并没有直接讲怎么用TensorFlow或PyTorch，而是从线性代数、微积分、概率论这些基础数学知识入手，详细解释了梯度下降、反向传播、损失函数、激活函数等核心概念背后的数学原理。我之前对矩阵运算在神经网络中的作用一直半信半疑，这本书通过清晰的推导，让我明白了矩阵乘法如何实现特征的线性变换，以及如何通过链式法则高效地计算梯度。关于概率论的部分，对贝叶斯定理和最大似然估计的讲解也让我对模型训练的优化过程有了更深的理解。这本书的优点在于，它让你真正“理解”深度学习，而不是仅仅“会用”。读完之后，我感觉自己能更自信地去分析模型表现，甚至去尝试修改网络结构。

评分☆☆☆☆☆

偶然间翻阅到这本《天体物理学观测技术》，简直是相见恨晚！作为一名天文爱好者，我一直对望远镜的原理和观测方法感到好奇，但市面上的科普书籍往往过于浅显，而专业书籍又过于晦涩。这本书恰好找到了一个完美的平衡点。它从望远镜的光学设计讲起，详细介绍了不同类型望远镜（折射、反射、射电等）的特点、优劣以及成像原理。我尤其喜欢其中关于光谱仪、干涉仪等辅助观测设备的介绍，这些设备是如何将复杂的天体信号转化为可分析的数据，书中都有非常详细的图解和原理阐述。书中还涉及了图像处理技术在天文学中的应用，比如如何去除大气扰动、如何叠加多张图像以提高信噪比。让我印象深刻的是，书中举了大量真实的观测案例，比如哈勃望远镜的经典照片是如何诞生的，以及射电望远镜如何绘制出遥远星系的详细图像。这本书让我对宇宙的探索有了更深层次的认识，感觉自己仿佛也参与了那些伟大的科学发现。

评分☆☆☆☆☆

这本《量子信息理论导论》简直就是我光学研究道路上的“及时雨”！我最近在尝试进行一些光子纠缠相关的实验，但一直对量子信息编码和传输的理论基础把握得不太稳。这本书的内容深度和广度都非常令人满意。它从最基础的量子力学公设开始，清晰地阐述了量子比特的概念，以及叠加态、纠缠态等核心的量子现象。最让我眼前一亮的是，书中对量子门操作的数学描述非常严谨，但又通过大量的图示和类比，让原本抽象的概念变得易于理解。我印象特别深刻的是关于贝尔不等式及其违反的章节，作者用一种非常直观的方式解释了非定域性的奥秘，这对于我理解量子隐形传态这样的应用至关重要。此外，书中还涉及了量子纠错、量子算法的一些初步介绍，虽然还没深入，但已经为我后续的学习指明了方向。这本书的语言风格非常学术化，但又不失清晰，阅读体验非常好，是我近期读到的最能激发我科研灵感的书籍之一。

评分☆☆☆☆☆

哇，拿到这本《探测器设计原理与应用》真是太惊喜了！本来只是想找点关于精密仪器设计的基础知识，没想到这本书直接把我带到了一个全新的维度。它没有像我想象的那样堆砌大量的公式和晦涩的理论，反而是从最直观的物理原理出发，一步步解析了各种探测器的工作机制。书里对不同类型探测器（比如光学、声学、电磁波等）的优缺点分析得非常透彻，并且给出了非常多实际的工程案例，读起来一点都不枯燥。我尤其喜欢它关于材料选择和制造工艺的部分，里面有很多我以前从未接触过的细节，比如不同合金的延展性、热膨胀系数对精密零件的影响，还有一些先进的微纳加工技术。书中的图示也非常精美，很多都是三维建模的，能清晰地展示内部结构和信号通路，这对于我理解复杂的设计非常有帮助。感觉作者在编写这本书的时候，一定是站在一个非常高的工程实践角度，把理论和实践完美地结合了起来。这本书给我打开了新的思路，让我对未来的产品设计有了更具象化的构想。