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毫米波大气臭氧探测辐射计系统设计

空间科学学报 2024年第2期44卷 318-325页

作者：班磊何杰颖张升伟中国科学院国家空间科学中心微波遥感技术重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

平流层臭氧浓度对于地球气候变化和生态环境有着重要影响.具有谱分析能力的高光谱毫米波辐射计是一种用来探测大气痕量气体的被动式微波遥感器,能够有效探测大气臭氧垂直廓线,在空间地球科学领域中具有十分重要的应用价值.本文研制了一... 详细信息

平流层臭氧浓度对于地球气候变化和生态环境有着重要影响.具有谱分析能力的高光谱毫米波辐射计是一种用来探测大气痕量气体的被动式微波遥感器,能够有效探测大气臭氧垂直廓线,在空间地球科学领域中具有十分重要的应用价值.本文研制了一种探测平流层大气臭氧吸收谱线的新型高光谱毫米波臭氧辐射计系统,该系统结构包括射频接收机和数字后端谱分析仪.射频接收机部分采用超外差结构获取142.175 GHz±100 MHz带宽信号,数字后端谱分析部分采用高性能模数转换器对输入模拟信号进行5×108 sample·s^(–1)采样,14 bit量化,输入信号3 dB带宽200 MHz,通过高性能现场可编程门阵列(FPGA)获取信号功率谱,实现了探测通道数16384,谱分辨率12.2 kHz.根据辐射计系统关键模块的设计方案、器件选型和测试方法,开展大气探测实验,并将实验结果与大气辐射传输模拟软件(ARTS)仿真结果进行对比,得出系统灵敏度及各项指标可以满足大气臭氧反演需求,验证了系统设计的正确性,满足平流层臭氧浓度监测、预警及其导致的气候变化研究的应用需求.

关键词：臭氧毫米波辐射计射频接收机 FPGA

一种应用于卫星中红外遥感的辐射传输简化计算方案

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红外与毫米波学报 2024年第3期43卷 375-390页

作者：姚前许华樊程李莉王思恒郑杨徐文斌侯伟真徐敬海庄齐枫周鹏张灏陈震霆李正强中国科学院空天信息创新研究院国家环境保护卫星遥感重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049 中国空间技术研究院遥感卫星总体部北京100094 北京环境特性研究所光学辐射重点实验室北京100854 南京工业大学测绘科学与技术学院江苏南京211816 昆明学院信息技术学院云南昆明650214

作为可见光-近红外和热红外的连接谱段,中红外(MIR)兼具短波辐射的反射特性和长波辐射的发射特性,对于温度探测、目标识别等应用场景有十分重要的意义。目前,MIR谱段辐射传输(RT)计算仍然面临背景参数输入多且不易获取的问题。基于此,... 详细信息

作为可见光-近红外和热红外的连接谱段,中红外(MIR)兼具短波辐射的反射特性和长波辐射的发射特性,对于温度探测、目标识别等应用场景有十分重要的意义。目前,MIR谱段辐射传输(RT)计算仍然面临背景参数输入多且不易获取的问题。基于此,提出了一种应用于卫星MIR遥感的RT简化计算方案。使用MODTRAN模型(MM),对MIR白天RT过程中所涉及的背景地表和大气参数定量模拟分析,得到影响RT的关键参数,据此形成一套基于MM的参数简化方案(SS)。在MODIS 6个MIR通道的中心波长处,对SS和MM计算的总辐亮度做对比验证,RMSE均小于0.004399,具有较高精度。SS仅依赖于表面温度、表面发射率、大气廓线类型、水汽和云光学厚度,不需要输入气溶胶、CO_(2)和O_(3)数据。相比MM,SS将输入参数从8类降低到5类,计算的时间效率提升了9.02%。在有限的计算资源下,本文所提的SS能够为MIR图像快速处理、大场景遥感仿真等应用领域提供支撑。

关键词：中红外(MIR)谱段辐射传输(RT)计算背景参数简化方案(SS)

面向星地激光通信的大气湍流预报研究进展(特邀)

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红外与激光工程 2024年第3期53卷 19-31页

作者：郭盈池李浪李晨高春清付时尧北京理工大学光电学院北京100081 光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081 信息光子技术工信部重点实验室北京100081

激光通信系统在大气环境下应用的性能受到严重制约,当激光在大气湍流中传输时,其波面会发生畸变。在激光通信系统中,对大气湍流相关参数进行预报可以提前对星地数据传输链路进行调度,避免建立无效的通信任务。此外,大气湍流预报在天文... 详细信息

激光通信系统在大气环境下应用的性能受到严重制约,当激光在大气湍流中传输时,其波面会发生畸变。在激光通信系统中,对大气湍流相关参数进行预报可以提前对星地数据传输链路进行调度,避免建立无效的通信任务。此外,大气湍流预报在天文选址、光学遥感等领域也有重要价值。随着国内外相关工作的长期积累以及算力、观测设备等硬件的能力提升,当前科研人员已经提出了一些大气湍流预报方案。文中主要综述了国内外学者在大气湍流预报方面的研究进展,首先详细介绍了目前应用比较广泛的中尺度数值预报技术,列举了使用中尺度数值预报方法对国内外典型区域的大气湍流进行预报的相关工作;然后介绍了深度学习方法在大气湍流预报中的应用情况,对其优势与局限性进行了讨论;最后介绍了一种面向星地激光通信的大气相干长度短时预报方法。

关键词：大气湍流湍流预报 Cn2廓线大气相干长度

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片上红外偏振探测研究进展

红外与毫米波学报 2024年第1期43卷 52-62页

作者：甄玉冉邓杰布勇浩代旭余宇石梦碟王若文叶韬陈刚周靖中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049

偏振是光的固有自由度,偏振探测提供了光强和波长之外的更多丰富信息。红外偏振探测器在成像、通信、遥感和宇宙学等众多应用中发挥着至关重要的作用。然而,传统的偏振检测系统体积庞大、系统复杂,阻碍了偏振探测的小型化和集成化。近来... 详细信息

偏振是光的固有自由度,偏振探测提供了光强和波长之外的更多丰富信息。红外偏振探测器在成像、通信、遥感和宇宙学等众多应用中发挥着至关重要的作用。然而,传统的偏振检测系统体积庞大、系统复杂,阻碍了偏振探测的小型化和集成化。近来,片上红外偏振探测器的发展引起了广泛的研究兴趣。本文将重点介绍片上红外偏振探测器的两个前沿研究领域:偏振敏感材料和偏振选择性光耦合结构集成的红外偏振探测器,主要讨论片上红外偏振探测器的研究现状以及未来的挑战和机遇。

关键词：红外偏振探测器各向异性材料拓扑材料手性钙钛矿偏振选择性光学耦合结构

云边端架构下边缘智能计算关键问题综述:计算优化与计算卸载

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电子与信息学报 2024年第3期46卷 765-776页

作者：董裕民张静谢昌佐李子扬中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院定量遥感信息技术重点实验室北京100094 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049

近年来,随着入网设备数量与数据体量的急剧增加,以云计算为代表的中心式计算模式的缺点越来越显露出来。边缘计算,即让计算尽量靠近数据源,以减少数据传输时间和网络延迟,作为云计算的补充,已经成为学术界和工业界关注的焦点。该文面向... 详细信息

近年来,随着入网设备数量与数据体量的急剧增加,以云计算为代表的中心式计算模式的缺点越来越显露出来。边缘计算,即让计算尽量靠近数据源,以减少数据传输时间和网络延迟,作为云计算的补充,已经成为学术界和工业界关注的焦点。该文面向边缘计算中应用较广的实例架构—云边端架构,以及边缘计算的典型应用—边缘智能计算,讨论云边端架构下边缘智能计算的两大关键问题:计算优化和计算卸载。首先分析和梳理了云边端架构下边缘智能计算优化的应用与研究现状。然后讨论了云边端架构下计算卸载的研究思路和现状。最后,总结提出了目前云边端架构下边缘智能计算业务所面临的挑战和未来研究趋势。

关键词：云边端架构边缘智能计算计算优化计算卸载

基于星载激光雷达双通道信息的气溶胶消光系数廓线反演算法研究

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激光与光电子学进展 2024年第5期61卷 108-118页

作者：秦荣荣姚微源王宁张贝贝马灵玲中国科学院空天信息创新研究院定量遥感信息技术重点实验室北京100094 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049

星载Mie散射激光雷达是当前应用最为广泛的获取全球尺度气溶胶剖面信息的探测设备。然而,大气气溶胶类型多样,通常假定气溶胶遵循特定模式并以此为先验,从而实现从激光雷达信号反演气溶胶消光系数廓线,但这一定程度上会影响反演精度的... 详细信息

星载Mie散射激光雷达是当前应用最为广泛的获取全球尺度气溶胶剖面信息的探测设备。然而,大气气溶胶类型多样,通常假定气溶胶遵循特定模式并以此为先验,从而实现从激光雷达信号反演气溶胶消光系数廓线,但这一定程度上会影响反演精度的进一步提升。鉴于此,提出了一种基于星载激光雷达双通道信息的气溶胶消光系数廓线的迭代反演优化算法。该方法首先在给定的先验气溶胶模式下获得初始消光-后向散射比(即激光雷达比),并基于此分别反演两个通道的气溶胶消光系数和光学厚度。同时借助构建的气溶胶光学厚度与气溶胶质量柱总量之间的关系,得到两通道独立估计的大气气溶胶质量柱总量。最后以两通道大气气溶胶质量柱总量相同为约束,实现仅依赖激光雷达数据的激光雷达比及气溶胶相关光学参数的迭代优化。由于双通道激光雷达观测的限制,该方法适用于两种类型气溶胶混合下的反演,利用内蒙古包头地区的多年气溶胶背景场,对反演模型的精度和适用性进行了评估。与采用经验估算激光雷达比的Fernald方法反演结果相比,所提算法反演的气溶胶消光系数廓线在532 nm和1064 nm通道的平均精度分别提高了21.16%和3.00%。此外,还将该方法应用在CALIOP数据中,进一步验证了该反演模型的应用潜力。

关键词： Mie散射激光雷达双通道信息气溶胶消光系数激光雷达比迭代反演

融合空洞空间金字塔池化和注意力的轻量化遥感影像道路提取

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航天返回与遥感 2024年第1期45卷 111-122页

作者：刘志恒岳子腾周绥平江澄节永师陈雪梅西安电子科技大学空间科学与技术学院西安710126 北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191 北京空间机电研究所先进光学遥感技术北京市重点实验室北京100094 西安航天天绘数据技术有限公司西安710100

针对高分辨率遥感影像中道路形状结构错综复杂,出现窄小型道路提取错误或漏分的问题,提出一种基于空洞空间金字塔池化和注意力机制的轻量化遥感影像道路提取方法。首先,在原始高分辨率网络(HRNet)基础上,通过引入空洞空间金字塔池化模块... 详细信息

针对高分辨率遥感影像中道路形状结构错综复杂,出现窄小型道路提取错误或漏分的问题,提出一种基于空洞空间金字塔池化和注意力机制的轻量化遥感影像道路提取方法。首先,在原始高分辨率网络(HRNet)基础上,通过引入空洞空间金字塔池化模块,实现多尺度道路信息融合;再引入挤压激励通道注意力机制,增强网络特征表征质量;最后使用深度可分离卷积方法改进网络残差模块实现模型轻量化,以降低模型计算复杂度。在公开数据集上进行了模型性能测试,实验结果表明,文章所提算法的准确率、精确率、召回率、F1分数和平均交并比,相比原始HRNet分别提升了5.35%、2.15%、4.1%、3.15%和14.34%,且减少了36.1%的参数数量;相比其他网络,该算法突出了细小道路的特征,道路预测结果连续性、完整性好,并且模型小易于部署在实时检测设备中,有效改善了道路提取任务中错分和缺失的情况,是一种适应性更强、分割精度更高、更轻量化的多尺度道路提取算法。

关键词：道路提取空间金字塔池化通道注意力机制可分离卷积高分辨率网络遥感影像

基于模型定义的光学遥感卫星星上处理系统设计

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测绘学报 2024年第4期53卷 689-699页

作者：刘薇刘松林郭子博刘凯张荔哲智慧地球重点实验室北京100029 西安测绘研究所陕西西安710054 西安电子科技大学陕西西安710071 中国空间技术研究院西安分院陕西西安710000

本文提出了一种基于模型定义的光学遥感卫星星上处理系统设计方法,构建了“硬件资源-算子模块-通用处理核-典型应用”的星上处理任务行为模型范式。在硬件层面,采用星上异构嵌入式计算平台,将多处理器一体化设计,通过标准化高速数据互连... 详细信息

本文提出了一种基于模型定义的光学遥感卫星星上处理系统设计方法,构建了“硬件资源-算子模块-通用处理核-典型应用”的星上处理任务行为模型范式。在硬件层面,采用星上异构嵌入式计算平台,将多处理器一体化设计,通过标准化高速数据互连,完成高速信号传输和数据处理;通过网络拓扑实现良好的扩展性,支持设备规模及数据处理复杂性的变化;在软件层面,针对星上智能处理任务中频繁数据读写操作、大量重复计算操作、卷积神经网络的通用计算与加速等需求,设计了星上平台指令集、星上算法通用算子和星上智能网络组件组成的可配置算子模块,并基于该模块可快速实现特定算法的硬件IP核。经仿真试验验证,本文方法可根据卫星平台和星上处理任务需求,按需适配最佳软硬件解决方案,并有效提高了计算资源利用率;提出的结合云检测的实时流水压缩编码方案,显著提升了压缩性能;设计的轻量化目标检测识别方法,计算资源效率达到91.5%;以高分一号、高分七号原始数据率为例进行分析,相比常规方案整体计算资源利用率分别提高了16.51%、17.77%。实现了星上处理系统研制过程模型化、工作模式可定义、逻辑资源共享化,是适应卫星小型化、快速部署的一种合理优化选择。

关键词：遥感卫星星上处理模型定义按需适配异构计算

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真空热轧连接技术及应用

机械制造文摘（焊接分册） 2024年第1期 34-37页

作者：东彦宏王硕于汉臣赵普李燕霞吴仕壕闫久春哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001 北京遥感设备研究所北京100854

许多异种金属焊接结构,由于材料本征属性差异大,无法直接熔焊连接。利用真空热轧制备异种金属复合结构是工程适应性最佳方案。文中介绍了真空制坯和真空无制坯两种热轧方法的技术原理及其研究现状,并分析了两种方法的技术差异。文中为... 详细信息

许多异种金属焊接结构,由于材料本征属性差异大,无法直接熔焊连接。利用真空热轧制备异种金属复合结构是工程适应性最佳方案。文中介绍了真空制坯和真空无制坯两种热轧方法的技术原理及其研究现状,并分析了两种方法的技术差异。文中为异种金属结构连接提供了有效的途径。

关键词：异种金属复合板轧制连接真空工艺特点