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长白山地区地表温度异常遥感研究

长白山地区地表温度异常遥感研究

作者：翟锡丹吉林大学

学位级别：硕士

温度异常信息的提取在城市热岛效应、森林火灾、旱灾监测、中强度地震震前预测、地热资源分布、强风或是洪涝灾害即将到来的预兆等方面都得到了应用。研究温度异常，可以使人们少受自然的危害，减少生产、生活、资源上的经济损失，也可... 详细信息

温度异常信息的提取在城市热岛效应、森林火灾、旱灾监测、中强度地震震前预测、地热资源分布、强风或是洪涝灾害即将到来的预兆等方面都得到了应用。研究温度异常，可以使人们少受自然的危害，减少生产、生活、资源上的经济损失，也可以将好的资源为人类所利用，造福后代。热红外遥感技术在地表温度反演中具有重要的意义，它以信息量大、精度高以及受地面条件限制小等优点应用于地表温度异常信息的提取调查。本文研究了辐射传输方程算法、单窗算法、分裂窗算法、普适性单通道算法这四种常用的温度反演算法，分析反演精度和选择适合Landsat8、Landsat7数据的基础上，选取辐射传输方程算法对研究区进行地表温度反演，三个时间序列的温度反演结果直方图都属正态分布，可设定阈值对其进行密度分割提取温度异常信息，从提取结果中可以看出温度异常在三个时间序列的山体阴坡都未有异常情况，采用经验统计地形校正法消除由于各种地物接受的太阳辐射强度不同造成的同物异谱、同谱异物的现象，在经验统计地形校正算法的基础上再次反演三个时间序列的地表温度，提取地表温度异常信息发现山体的阴坡出现温度异常现象，证明经验统计地形校正法去除了山体坡度对温度异常信息提取的干扰。研究区位于长白山西北麓，植被覆盖度较高，西北部地形起伏相对较大，东南部地形相对平坦，植被、地形、山体坡度、水、冰雪、建筑等都对温度异常提取的精度产生或多或少影响，本文主要考虑地形起伏、植被覆盖度这两个影响因素对温度异常信息提取的影响。本文研究地形起伏、植被覆盖这两个影响因素对地表温度异常信息的提取，主要取得如下成果： 1.在地形复杂的区域，我们可以对研究区按地形起伏程度进行分区反演地表温度，这有助于降低地形对温度异常信息提取的影响。 2.通过对时间序列的植被覆盖度的影像进行温度异常信息的提取，发现提取的精度受植被因素影响很大，选取植被覆盖度较少的时间影像有助于降低植被覆盖对温度异常信息提取的影响。

关键词：温度异常辐射传输方程地形起伏植被覆盖

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解线性不适定问题的一种方法及其应用

解线性不适定问题的一种方法及其应用

作者：田甜哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着科技的发展,反问题理论的应用已经延伸到科学领域的各个方面,也成为了发展最快的数学研究领域之一。同时,推动了解决这类问题的正则化理论的发展。在解决不适定问题的一系列方法中,全变分(Total Voriation,TV)正则化方法由于能够较... 详细信息

随着科技的发展,反问题理论的应用已经延伸到科学领域的各个方面,也成为了发展最快的数学研究领域之一。同时,推动了解决这类问题的正则化理论的发展。在解决不适定问题的一系列方法中,全变分(Total Voriation,TV)正则化方法由于能够较好地保持原问题的边缘信息而受到海内外学者的普遍关注。该方法经证明在目标边界不光滑的条件下,可以十分有效地将图像正则化。在图像去噪领域中,TV正则化也成为主要的方法之一。本文基于全变分(TV)模型,针对TV范数在零点的不可微性,引入参量?,结合同伦技术构造了同伦曲线??t?.得到了一种新的求解线性不适定问题的迭代格式,并对新的迭代格式进行了严格的收敛性证明。当数据为不存在扰动误差的真实数据时,本文结合Hilbert空间理论、不等式理论及Cauchy列原理等相关知识证明了迭代格式是收敛的。鉴于实际应用中,得到的测量数据都是具有一定扰动误差的,从而本文在数据带有扰动误差的情况下,利用不等式理论及Morozov偏差原则等相关知识证明了迭代格式是收敛的。在医学成像领域中,生物自发光层析成像(Bioluminescent Tomography,BLT)是一种新兴的分子成像技术,由于无创性、便捷性、成本低等优点而备受关注。BLT成像主要是通过荧光素标记目标基因的方式,诊断或预测组织体的病理情况。实质是通过组织体表面的可测信息及已知的光学知识确定组织体内部发光细胞的位置。这一过程是一个典型的数学物理反问题,并且求解组织体内部未知光源的问题是不适定的。常用的处理光在组织体内传播问题的数学模型为辐射传输方程(Radiative Transfer Equation,RTE)。然而大多数生物医学成像问题的研究都是针对RTE方程的扩散近似展开的。本文将直接从RTE方程入手,利用提出的新的迭代格式求解RTE方程的光源项。数值模拟的实验结果表明,新的迭代方法可以较好地还原生物组织体内的光源形状及位置信息,且光源的边界信息保留较好,即该方法用于处理线性不适定问题是有效的。从而,该迭代格式也可以应用于其它的线性反问题中,具有较高的应用前景。

关键词：全变分正则化方法同伦法辐射传输方程 BLT光源重建

斜程路径上天空背景辐射亮度的仿真与实验验证

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斜程路径上天空背景辐射亮度的仿真与实验验证

作者：陆川西安理工大学

学位级别：硕士

天空背景辐射亮度是指太阳辐射被大气分子和气溶胶颗粒吸收并散射之后,在大气中形成的散射光的亮度分布。天空背景辐射亮度的变化,可以为空间目标的检测和识别,目标跟踪和成像以及大气特征反演提供支持,因此,天空背景辐射亮度的研究在... 详细信息

天空背景辐射亮度是指太阳辐射被大气分子和气溶胶颗粒吸收并散射之后,在大气中形成的散射光的亮度分布。天空背景辐射亮度的变化,可以为空间目标的检测和识别,目标跟踪和成像以及大气特征反演提供支持,因此,天空背景辐射亮度的研究在航空航天,红外成像,制导和空中探测等领域具有重要的研究意义。同时,天空背景辐射亮度的分布对于白天斜程能见度的精确探测尤为重要,而本文将开展斜程路径上天空背景辐射亮度的仿真和实验验证研究,为后续斜程能见度的精确计算提供技术保障。论文基于天空背景辐射亮度的理论,首先开展了天空背景辐射亮度的大气传输特性仿真研究,探讨了大气分子和气溶胶在可见波段的散射和吸收特性。基于HITRAN数据库提供的分子单谱线吸收系数以及瑞利散射理论,对大气分子的散射与吸收情况进行仿真与分析,得到了分子光学厚度和分子透过率。基于球形粒子的米氏散射理论,对城市型、乡村型、海洋型以及云水滴四种类型气溶胶的散射与吸收特性进行仿真分析,得到了不同的气溶胶散射与消光参量。基于分层介质的DISORT算法,开展了基于SBDART模式的辐射传输方程求解,仿真讨论了几何位置、天气条件和不同气溶胶类型下的天空背景辐射亮度的分布特征,分析了太阳直接辐射和每层散射辐射的分布趋势,得到气溶胶单次散射反照率和不对称因子对结果的影响,为实际大气天空背景辐射亮度的计算与分析提供基础。最后,提出了激光雷达结合SBDART模式的实际大气天空背景辐射亮度的计算和验证。以2N阶勒让德多项式展开的散射相函数替代H-G相函数,并利用激光雷达实际测量的气溶胶数据作为SBDART模式的输入参数,计算获得了实际大气晴天条件下天空背景辐射亮度在斜程路径上分布情况。与同时段太阳光度计测量的太阳直接辐射结果的比对发现,两者具有强的正相关性,相关系数>0.9,确保了计算获得的天空背景辐射亮度的可靠性。表明,利用激光雷达结合SBDART模式获得的斜程路径上天空背景辐射亮度分布情况,可以为斜程能见度的精确计算提供保证。

关键词：大气特性辐射传输方程分层介质的DISORT算法 SBDART模式天空背景辐射亮度

地基微波辐射计资料的质量控制方法及其应用研究

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地基微波辐射计资料的质量控制方法及其应用研究

作者：潘旭光南京信息工程大学

学位级别：硕士

气象资料的质量控制(QC)是气象资料处理中一项十分重要的工作,又是一项难度很大、需要深入研究的技术工作。国内外有许多学者对气象资料控制方法做过研究,然而对地基微波辐射计资料进行系统的质量控制未见文献报道。随着地基微波辐射计... 详细信息

气象资料的质量控制(QC)是气象资料处理中一项十分重要的工作,又是一项难度很大、需要深入研究的技术工作。国内外有许多学者对气象资料控制方法做过研究,然而对地基微波辐射计资料进行系统的质量控制未见文献报道。随着地基微波辐射计组网应用的发展,观测资料的数量不断增多,其质量控制的重要性日显突出。本文在研究了地基微波辐射计资料的常用QC技术质量控制基础上,提出了利用辐射传输方程和独立来源的大气层结进行各通道亮温仿真计算、用亮温计算值来检验观测值的数据质量控制方案。论文选取个例用此方案对比分析了晴空无云天气条件下辐射传输方程模拟计算的亮温值和辐射计实际观测亮温值,分析结果表明：用辐射传输方程模拟计算得到的亮温值来检验观测值,作为数据质量控制方法是可行的。本文用Delphi7.0作为质量控制软件的开发工具,用Microsoft Office Access做数据库,设计、实现了对于单站辐射计亮温观测资料的自动质量控制软件。

关键词：质量控制地基微波辐射计辐射传输方程质量控制软件

High-Precision Direct Method for the Radiative Transfer Problems

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Communications in Theoretical Physics 2013年第6期59卷 782-788页

作者： ZHANG Yan HOU Su-Qing YANG Ping WU Kai-Su Beijing University of Chemical Technology Beijing 100029 China Institute of Modern Physics Chinese Academy of Sciences Lanzhou 730000 China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049 China

调查放射的转移方程的数字方法是这份报纸的主要目的。使用五点的公式接近到为积分的代用品的微分部分和 Simpson 公式分别地分开，一个新高精确的数字计划，有 4 顺序本地人截断错误，被获得。随后，为放射的转移方程的一个数字例子被... 详细信息

调查放射的转移方程的数字方法是这份报纸的主要目的。使用五点的公式接近到为积分的代用品的微分部分和 Simpson 公式分别地分开，一个新高精确的数字计划，有 4 顺序本地人截断错误，被获得。随后，为放射的转移方程的一个数字例子被执行，并且计算结果证明新数字计划是更精确的。

关键词：辐射传输方程高精度数值方法局部截断误差组成部分计算结果辛普森微分环

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遥感定量反演的大气校正方法分析研究

遥感定量反演的大气校正方法分析研究

作者：王岩东北林业大学

学位级别：硕士

由于遥感器在空中获取地表信息过程中,受到大气成份吸收与散射的影响,遥感器的测量值与地物实际的光谱辐射率是不一样的,测量值发生辐射失真,从而对遥感图像的质量和应用效果产生不可忽视的影响。这些影响使得基于遥感影像的应用研究,... 详细信息

由于遥感器在空中获取地表信息过程中,受到大气成份吸收与散射的影响,遥感器的测量值与地物实际的光谱辐射率是不一样的,测量值发生辐射失真,从而对遥感图像的质量和应用效果产生不可忽视的影响。这些影响使得基于遥感影像的应用研究,特别是定量化应用受到很大的影响,因此在这些信息被成功应用于地球信息的定量化研究之前,必须对遥感影像进行大气校正,大气校正的好坏直接影响到接下来的应用研究。本文以遥感图像获取中电磁辐射的传播过程为基础,对大气对电磁辐射的影响进行分析包括大气影响的基本原理;大气对电磁波的散射、吸收的微观特性;大气中各组分对辐射的影响;大气辐射传输理论,并对平面—平行大气模型中的地面和卫星信号的组成进行全面的阐述。在分析了大气对遥感影像产生的各种影响的基础上,对大气纠正的一般原理和方法进行了回顾和归纳总结,得出进行大气校正的理论根据,分析计算过程参数的选择,包括卫星几何状态计算、大气光学厚度的计算、气溶胶光学厚度的光谱变化计算和大气水汽含量的计算。用两种模型软件6S和MODTRAN分别对TM和MODIS影像的可见光波段的影像进行大气纠正,验证了辐射传输模型在东北地区遥感影像的可行性。最后通过反射率对比分析,得出6S适合荒漠化地区的大气校正,FLAASH更适合对东北森林覆盖面积较大地区的TM影像进行大气校正,而对于MODIS影像的大气校正应选择FLAASH。

关键词：大气校正辐射传输方程 6S模型 MODTRAN模型 FLAASH

Influence of Temperature and Frequency on Microwave Dielectric Properties of Lunar Regolith Simulant

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Chinese Geographical Science 2011年第1期21卷 94-101页

作者： MENG Zhiguo CHEN Shengbo DU Xiaojuan EDWARD Matthew Osei Jnr LU Peng WANG Zijun College of GeoExploration Science and Technology Jilin University Changchun 130026 China Department of Geomatic Engineering Kwame Nkrumah University of Science and Technology Kumasi Ghana

The dielectric constant of the lunar regolith can directly influence the reflection coefficient and the trans-mission coefficient of the Moon′s surface, and plays an important role in the Moon research. In order to study the di-electric properties of the lunar regolith, the lunar regolith simulant was made according to the making procedure of the CAS-1 simulant made by Chinese Academy of Sciences. Then the dielectric constants of the lunar regolith simulant were measured with 85070E Aiglent Microwave Network Analyzer in the frequency ranging from 0.2 GHz to 20.0 GHz and at temperature of 25.1℃, 17.7℃, 13.1℃, 11.5℃, 9.6℃, 8.0℃, 4.1℃, -0.3℃, -4.7℃, -9.5℃, -18.7℃, -27.7℃, and -32.6℃, respectively. The Odelevsky model was employed to remove the influence of water in the air on the final effective dielectric constants. The results indicate that frequency and temperature have apparent influences on the dielectric constants of the lunar regolith simulant. The real parts of the dielectric constants increase fast over the range of 0.2 GHz to 3.0 GHz, but decrease slowly over the range of 4.0 GHz to 20.0 GHz. The opposite phenomenon occurs in the imaginary parts. The influences of the frequency and temperature on the brightness temperature were also estimated based on the radiative transfer equation. The result shows that the variation of the frequency and temperature results in great changes of the microwave brightness temperature emitting from the lunar regolith.

关键词：微波介电性能亮度温度频率范围模拟月壤介电常数测量辐射传输方程微波网络分析仪

基于多次散射和小散射角近似的水下激光传播特性

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光子学报 2015年第11期44卷 166-172页

作者：俞雪平胡云安刘亮谢永兴王亚蛟海军航空工程学院研究生管理大队 92914部队海军航空工程学院控制工程系

以辐射传输方程为基础,借助小角度近似条件,利用多次散射递归的逐级逼近来描述水体散射过程,推导得出水下辐射照度以及衰减系数的计算关系.着重讨论了激光在海水中的衰减特性,结果表明随着光学厚度的增加,各次散射光先增大后减小,相对... 详细信息

以辐射传输方程为基础,借助小角度近似条件,利用多次散射递归的逐级逼近来描述水体散射过程,推导得出水下辐射照度以及衰减系数的计算关系.着重讨论了激光在海水中的衰减特性,结果表明随着光学厚度的增加,各次散射光先增大后减小,相对辐射照度基本呈指数衰减,衰减趋势随单次散射反照率或者不对称因子的增大有所减缓.与蒙特卡罗方法模拟的结果进行比较,小散射角条件下多次散射近似方法的计算准确度优于单次散射近似,可以作为分析水下激光传播特性的参考依据.

关键词：多次散射小散射角近似散射相位函数辐射传输方程衰减特性

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无限介质中近场辐射率的P5近似

光子学报 2016年第2期45卷 98-105页

作者：刘玲玲李晨曦万文博蒋景英贾梦宇张丽敏高峰赵会娟天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室天津300072

针对辐射率的漫射近似、P3近似等正向模型在描述小源探距离及低约化反照率介质下光子传输时存在的局限性,推导了用于小源探距离低反照率无限媒质中各向同性稳态点光源下辐射传输方程在P5近似下的解析解,并将P3近似、P5近似计算的辐射率... 详细信息

针对辐射率的漫射近似、P3近似等正向模型在描述小源探距离及低约化反照率介质下光子传输时存在的局限性,推导了用于小源探距离低反照率无限媒质中各向同性稳态点光源下辐射传输方程在P5近似下的解析解,并将P3近似、P5近似计算的辐射率分别和蒙特卡洛模拟结果进行对比.结果表明:在高约化反照率(0.97)条件下,P5近似和蒙特卡洛模拟结果的最大相对误差为13.17%,而P3为41.57%.在低约化反照率(0.69)条件下,最大相对误差分别为27.78%,286.70%.在其他光学参数下,P5近似与蒙特卡洛模拟的最大相对误差均小于P3.在P5适用的范围内舍弃最大特征根相关项,可以简化解析表达式,提高计算速度,且对P5的计算结果影响甚微.稳态辐射率测量系统仿体验证表明,在高、低约化反照率介质中的小源探距离下,由P5近似计算得到的辐射率和实验测量结果相符.

关键词：组织光学辐射率辐射传输方程勒让德多项式 P5近似蒙特卡洛模拟正向模型