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透视地球——新一代对地观测技术

遥感学报 2024年第3期28卷 529-540页

作者：周翔潘洁吴一戎中国科学院空天信息创新研究院北京100094

地球系统的观测正从看清地球的样貌深入拓展到探测、分析、认知地球圈层的内在。基于天基、空基、陆基等观测平台,利用电磁、微波、激光和重力等穿透性、多维度、高密度的新型透视遥感探测前沿技术,“透视地球”对大气圈、水圈、生物圈... 详细信息

地球系统的观测正从看清地球的样貌深入拓展到探测、分析、认知地球圈层的内在。基于天基、空基、陆基等观测平台,利用电磁、微波、激光和重力等穿透性、多维度、高密度的新型透视遥感探测前沿技术,“透视地球”对大气圈、水圈、生物圈、岩石圈等地球空间物理要素、内部结构及其演变过程进行精细、综合探测,获取地球各圈层更“精确”、更“深层”的信息,成为新一代对地观测技术发展的积极探索和重要方向。本文阐述了透视地球的概念和内涵,依据“透视方法—载荷集成—探测试验—参数反演—效能验证”的设计思路,提出透视地球原型系统的构建方案。通过多谱段耦合、多物理量融合,提升空基跨平台协同探测能力,改进遥感观测的信息维度、尺度和密度,以透视视角拓展人类对各圈层的认知边界,推动地球系统重大科学问题的突破,提升人类进行资源开发与利用、预测应对极端天气事件及环境变化的能力。

关键词：透视地球遥感对地观测大气森林固体地球海洋

陆地观测卫星遥感产品真实性检验场网建设的思考与实践

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遥感学报 2024年第4期28卷 805-824页

作者：马灵玲周翔王宁陶醉赵永光朱小华高彩霞杨健高海亮杨宏肖青李强子吕婷婷张风丽臧文乾中国科学院空天信息创新研究院北京100094

遥感产品真实性检验作为衔接遥感数据产品与应用服务的重要过程,是遥感数据产品高质量应用的必要保证。多年来,国内外建设了不少面向陆地遥感产品的真实性检验站点,但由于陆表过程和观测目标的高度复杂性、遥感卫星载荷产品的多样性、... 详细信息

遥感产品真实性检验作为衔接遥感数据产品与应用服务的重要过程,是遥感数据产品高质量应用的必要保证。多年来,国内外建设了不少面向陆地遥感产品的真实性检验站点,但由于陆表过程和观测目标的高度复杂性、遥感卫星载荷产品的多样性、陆地遥感产品演变的动态性,在典型特性表征—要素测量—样本优化—弹性服务全过程中的理论运用与技术实现仍显不足,规模化基础设施有待进一步发挥可持续运行的服务价值。本文分析了真实性检验地面观测场网、地面参考真值获取技术、遥感产品综合检验服务的国内外现状与发展趋势,进而从理论方法体系化着手,提出在地统计学的空间变异理论、计量学的不确定性理论、运筹学的最优化理论等基础之上,研究真实性检验场网空间代表性表征、测量基准不确定性度量及传递、多途径检验结果综合定权合成、样本集与待检产品的最优匹配等方法,发展形成陆地观测卫星真实性检验场网方法体系框架。对标国家空间基础设施重大工程建设和关键共性产品的应用需求,综合考虑整体布局、产品覆盖完备性、时空基准一致性和可追溯性等因素,统筹建设完善真实性检验站网、航空协同真实性检验系统、基准参考构建及传递系统以及高精度检验服务系统,形成符合中国实际的陆地观测卫星遥感产品真实性检验技术方案。文章对于完善真实性检验场网理论方法体系,“用足”、“用好”国产陆地观测卫星遥感数据,提升定量化应用水平具有重要意义。

关键词：陆地观测卫星遥感产品真实性检验基准参考测量服务系统理论方法体系

面向生态环境健康评价的自适应指标约简模型构建

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地球信息科学学报 2024年第5期26卷 1193-1211页

作者：陈建辉汪小钦孔令凤福州大学空间数据挖掘与信息共享教育部重点实验室数字中国研究院(福建) 福州350108

生态环境健康评价对于促进生态保护、引导区域经济发展战略、调整和衡量生态文明建设结果具有重要意义。综合指标体系模型是现今国内外主流的评价方法,然而,如何构建不同地区通用、普适性强的指标体系,如何从众多繁杂的指标通过客观、... 详细信息

生态环境健康评价对于促进生态保护、引导区域经济发展战略、调整和衡量生态文明建设结果具有重要意义。综合指标体系模型是现今国内外主流的评价方法,然而,如何构建不同地区通用、普适性强的指标体系,如何从众多繁杂的指标通过客观、科学的方法自动筛选出能表征研究区特点的重要指标是目前所面临的难点。本文集成压力-状态-响应模型(PressureState-Response,PSR)和生态层次网络模型(Ecological Hierarchy Network,EHN),并考虑部分指标所存在的信息重叠,建立了目标层-准则层-要素层-指标层-同类指标层的5层网状指标体系,提出了基于优劣解距离法(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution,TOPSIS)的同类指标层约简和基于目标优化理论的指标层约简相结合的两段式自适应指标约简模式。结合两者完成面向生态环境健康评价的自适应指标约简模型的构建,并在地理大数据的支持下,应用于云南、福建、京津冀、陕西、湖北、新疆和吉林7个生态环境迥异区域的2001—2021年生态环境健康评价。研究结果表明:(1)利用两段式自适应指标约简模型所筛选出的中选指标可以较好地体现不同地区生态系统特点,中选指标中权重靠前的指标被较多文献应用于各地区指标体系构建,说明所构建的指标体系和两段式自适应指标约简模型具有较好的普适性和合理性,有效避免了人为指标体系构建的主观性;(2)7个地区生态环境健康状况的空间分布和时间变化趋势符合实际情况,并且能与现有的文献、资料进行互相印证,从侧面证实了本文所提出模型的有效性。本文所提出的模型可为其他领域指标体系构建和筛选提供参考,也为大范围不同区域的生态环境健康评价提供方法支撑。

关键词：指标约简网状指标体系优劣解距离法目标优化模型最大化偏差模型 CRITIC法熵权法生态层次网络模型压力-状态-响应模型

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星载光子计数激光测距雷达的实时去噪方法

红外与毫米波学报 2024年第2期43卷 242-253页

作者：谭崇涛于文博向雨琰李少辉余婧王倩莹李松武汉大学电子信息学院湖北武汉430072 中国空间技术研究院北京100098 武汉量子技术研究院湖北武汉430010

星载光子计数体制激光测距雷达系统具有高重频、高精度等显著优势,但也面临原始数据量大且噪声数据占比过高的问题。为适应星上数据通道的传输能力,需压缩原始数据量并保障信号光子的查全率,因此必须发展以硬件为主体的实时去噪算法。... 详细信息

星载光子计数体制激光测距雷达系统具有高重频、高精度等显著优势,但也面临原始数据量大且噪声数据占比过高的问题。为适应星上数据通道的传输能力,需压缩原始数据量并保障信号光子的查全率,因此必须发展以硬件为主体的实时去噪算法。本文提出一种粗精结合的快速去噪算法,首先基于激光器发射脉宽、系统噪声率、目标特性以及接收光子事件的局部密度信息进行粗去噪,剔除部分噪声光子;再利用直方图统计,对保留的光子事件进行精去噪,确定信号光子区间及最终的信号光子及其时间信息。通过蒙特卡洛仿真和ICESat-2实测数据对算法进行验证,测试结果表明,本算法查全率大于94%、查准率大于93%、调和平均值大于94%,运行效率提高了10%。算法可以实现光子事件的快速实时去噪,为星上硬件实时去噪处理提供了理论基础。

关键词：光子计数激光测距粗精去噪数据密度直方图统计

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星载单光子激光雷达海洋噪声模型

红外与毫米波学报 2024年第3期43卷 391-396页

作者：杨坚马跃于文博李少辉余婧王倩莹李松武汉大学电子信息学院湖北武汉430072 中国空间技术研究院北京100098 武汉量子技术研究院湖北武汉430206

星载单光子激光雷达以超高灵敏度和超高重频的优势,在海洋探测领域展现了广泛的应用前景。雷达系统中的单光子探测器件具有极高的灵敏度,可以探测光子量级的回波信号,同时也极易受太阳背景光噪声影响。由于背景噪声直接影响激光雷达的... 详细信息

星载单光子激光雷达以超高灵敏度和超高重频的优势,在海洋探测领域展现了广泛的应用前景。雷达系统中的单光子探测器件具有极高的灵敏度,可以探测光子量级的回波信号,同时也极易受太阳背景光噪声影响。由于背景噪声直接影响激光雷达的工作性能,还会对星上原始的数据量产生影响,在卫星系统设计阶段,对噪声强度的准确估计至关重要。本文综合考虑大气后向散射、水面反射及水体后向散射的贡献,建立了一个星载单光子激光雷达海洋噪声的估计模型。以全球首个对地观测星载激光雷达ATLAS为例,在输入系统参数和环境参数后,模型估计的噪声与ATLAS实测噪声误差在15%以内,证实了该噪声模型的正确性。

关键词：光子计数激光雷达海洋探测噪声模型

不稳定分层海洋湍流对厄米-高斯光通信系统的影响

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光学学报 2024年第6期44卷 105-112页

作者：丁桂璇杜星杜浩王生敖磊李崔春中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院大学北京100049 海南空天信息研究院海南省地球观测重点实验室海南文昌571300

推导了不稳定分层海洋湍流下厄米-高斯光束闪烁指数的理论公式,以及考虑海洋湍流和瞄准误差综合影响下UWOC系统信道系数的概率分布函数,进一步推导了系统主要性能参数即误码率、信道容量和中断概率的理论计算公式,并采用高斯-厄米正交... 详细信息

推导了不稳定分层海洋湍流下厄米-高斯光束闪烁指数的理论公式,以及考虑海洋湍流和瞄准误差综合影响下UWOC系统信道系数的概率分布函数,进一步推导了系统主要性能参数即误码率、信道容量和中断概率的理论计算公式,并采用高斯-厄米正交积分近似方法求得3个性能参数的闭合表达式,仿真分析了不稳定分层和稳定分层湍流情况下,光束模数、传输距离、海洋湍流参数和瞄准误差对系统的平均误码率、平均信道容量和中断概率的影响。结果表明:相比于稳定分层,不稳定分层的系统计算误差更小;当盐度波动占主导时,系统性能更好;随着均方温度耗散率增大、湍流动能耗散率减小、瞄准误差增大,系统信道容量减小,中断概率增大。本研究结果可为厄米-高斯光在水下光通信领域的应用提供参考。

关键词：海洋光学厄米-高斯光束不稳定分层海洋湍流水下光通信

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航天器自组网技术实践与展望

航空学报 2024年第5期45卷 117-127页

作者：苏继东徐伟琳翟盛华王伟何亚婷中国空间技术研究院西安分院载荷总体部西安710100 中国空间技术研究院西安分院空间通信与导航技术研究所西安710100 中国空间技术研究院西安分院空间天线技术研究所西安710100

空间自组网技术的研究对提升航天器编队空间拓扑适应能力、星间链路可靠性和卫星网络故障容错能力具有重要的意义。随着航天任务对星群规模和多星协同能力的要求越来越高,科研工作者对航天器自组网技术进行了深入研究,并取得了显著成果... 详细信息

空间自组网技术的研究对提升航天器编队空间拓扑适应能力、星间链路可靠性和卫星网络故障容错能力具有重要的意义。随着航天任务对星群规模和多星协同能力的要求越来越高,科研工作者对航天器自组网技术进行了深入研究,并取得了显著成果。主要梳理了航天器组网任务的拓扑构型、链路特点、轨道构型,分析了航天器组网的特点与发展趋势。同时介绍了应用于航天器自组网领域的基于节点拓扑规划的时频同步测量技术、网络多域信息主动认知的组网路由技术、基于相控阵捷变波束指向的自组网通信技术等。最后,思考总结了一些开放性问题及其发展趋势,可为后续从事该方面的研究人员提供参考和借鉴。

关键词：空间自组网拓扑规划时间同步测量多域信息认知捷变波束控制

基于风云三号G星/中分辨率光谱成像仪-降水型近红外通道数据的大气可降水量反演

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光学学报 2024年第12期44卷 136-144页

作者：谢艳清袁德帅樊程张立国王田野梁伟肖前循张苗苗温渊李云端李正强上海航天技术研究院上海卫星工程研究所上海201109 中国科学院空天信息创新研究院北京100094

中分辨率光谱成像仪-降水型(MERSI-RM)是中国首颗低倾角轨道气象卫星风云三号G星(FY-3G)的主要载荷之一。FY-3G的过境时间与FY-3D和Terra等大多数极轨气象卫星存在明显差异,基于FY-3G/MERSI-RM开发的大气可降水量(PWV)数据对于天气系统... 详细信息

中分辨率光谱成像仪-降水型(MERSI-RM)是中国首颗低倾角轨道气象卫星风云三号G星(FY-3G)的主要载荷之一。FY-3G的过境时间与FY-3D和Terra等大多数极轨气象卫星存在明显差异,基于FY-3G/MERSI-RM开发的大气可降水量(PWV)数据对于天气系统等研究具有重要意义。然而,目前尚缺乏可获取的MERSI-RM PWV数据。为填补这一空白,本文面向MERSI-RM开发了一套半经验PWV反演算法。该算法首先对MERSI-RM数据和地基PWV数据进行时空匹配,继而基于东半球的匹配结果完成水汽反演模型的构建。该算法仅通过一个简单的公式就可以实现水汽反演,具有极高的反演效率。基于西半球地基数据的验证结果显示,使用半经验反演算法开发的MERSI-RM PWV数据的均方根误差和相对误差分别为0.20 cm和0.10。与基于常用的辐射传输模型算法开发的MERSI-RM PWV数据相比,使用本文提出的半经验PWV反演算法开发的MERSI-RM PWV数据,误差至少减小了33%;与当前被广泛使用的Terra/中分辨率成像光谱仪(MODIS)官方PWV数据(MOD05)相比,误差至少减小了65%。上述结果表明,本文面向MERSI-RM开发的PWV反演算法具有较高的反演精度。为对半经验反演算法进行更加全面的评估,并提供更多的建模方法选择,本文还测试了基于随机分配数据构建的PWV反演模型。使用地基数据的验证结果显示,基于上述两种方法构建的PWV反演模型的反演精度的差别可忽略不计。实际应用时,用户可对上述建模方法进行自由选择。

关键词：遥感反演大气可降水量风云三号G星中分辨率光谱成像仪-降水型

基于5M1E的铁路货运作业安全风险关联推理研究

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铁道学报 2024年第1期46卷 34-41页

作者：叶飞刘启钢石磊孙文桥杨瑜金晶中国铁道科学研究院研究生部北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司运输及经济研究所北京100081 中国国家铁路集团有限公司货运部北京100844

铁路货运安全是确保铁路行车安全、货物安全、旅客安全的重要基础,是确保铁路货运持续增量的重要支撑。针对当前铁路货运安全事故隐患分析耗时长、错误多的问题,按照5M1E质量管理思路,结合铁路货运作业主要安全风险环节,系统分析铁路货... 详细信息

铁路货运安全是确保铁路行车安全、货物安全、旅客安全的重要基础,是确保铁路货运持续增量的重要支撑。针对当前铁路货运安全事故隐患分析耗时长、错误多的问题,按照5M1E质量管理思路,结合铁路货运作业主要安全风险环节,系统分析铁路货运安全风险影响因素,基于博德和罗夫特斯构建的事故致因链模型,提出基于5M1E的铁路货运事故致因模型,运用Apriori算法对影响因素、动作状态、事故隐患进行关联分析,基于S铁路公司2017—2018年货运安全事故及险兆事件信息,得出铁路货运系统安全事故及影响因素关联规则,为铁路货运安全风险精准识别与管控提供参考。与当前按字段筛选、查找、统计的风险关联分析方法相比,大幅减少管理人员风险评估工作强度,极大提升铁路货运安全风险识别与防控能力。

关键词：铁路货运作业安全风险事故致因关联推理关联规则