新一代海洋水色卫星海岸带成像仪设计与验证

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作者 张孝弘 褚备 +12 位作者 郑君 李妥妥 高扬 刘晓林 李可 范建凯 曹伟 王牧卿 刘辉 王磊 齐文雯 徐彭梅 张可立 《航天返回与遥感》 北大核心 2025年第2期40-48,共9页

为满足对海岸带区域高分辨率、高信噪比、低杂光、大动态范围与高重访特性的观测需求,新一代海洋水色卫星创新性设计了兼具高空间分辨率、高信噪比和宽幅成像能力的海岸带成像仪,成像仪基于离轴三反主光学系统,采用成像镜头加高精度指... 为满足对海岸带区域高分辨率、高信噪比、低杂光、大动态范围与高重访特性的观测需求,新一代海洋水色卫星创新性设计了兼具高空间分辨率、高信噪比和宽幅成像能力的海岸带成像仪,成像仪基于离轴三反主光学系统,采用成像镜头加高精度指向镜侧摆、多谱段集成TDICCD线阵探测器推扫的成像体制,实现了9个谱段在水体低辐亮度条件下的高信噪比和大动态范围成像。文章围绕成像仪的系统设计、关键技术突破及性能验证展开研究,在关键技术方面,详细论述了大口径高精度指向镜机构设计、高稳定性光机结构设计以及杂散光抑制设计等。通过实验室性能测试、外场性能测试和在轨性能测试验证了成像仪的成像品质和功能性能,结果表明:成像仪运行稳定,各工作模式功能正常,全色谱段和多光谱谱段的分辨率、图像信噪比、动态传函等各项性能指标均达到设计要求。研究成果为提升海岸带遥感观测能力、服务海洋资源开发和环境保护等提供了可靠数据支撑。 展开更多

关键词 海岸带成像仪 多光谱 遥感相机 信噪比 闭环控制 大口径指向摆镜 海洋水色卫星

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HY-1 C/D卫星海岸带成像仪在轨地理定位方法

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作者 施逸 毛志华 +2 位作者 张艺蔚 黄海清 朱乾坤 《航天返回与遥感》 CSCD 北大核心 2024年第4期109-123,共15页

“海洋一号”C/D(HY-1 C/D)卫星搭载的海岸带成像仪采用高分辨率线阵CCD推扫成像,可获取50 m分辨率的遥感数据。实现其影像的在轨几何定位,获得标准影像产品,是后续遥感数据应用的基础。文章根据该仪器的物理结构及成像机理,构建了海岸... “海洋一号”C/D(HY-1 C/D)卫星搭载的海岸带成像仪采用高分辨率线阵CCD推扫成像,可获取50 m分辨率的遥感数据。实现其影像的在轨几何定位,获得标准影像产品,是后续遥感数据应用的基础。文章根据该仪器的物理结构及成像机理,构建了海岸带成像仪遥感影像的严格几何成像模型,在理想状态下创建了观察矢量在焦平面系下的坐标,并对传统的地理坐标转换流程进行了优化。采用地面站实时接收到的0级数据进行地面预处理试验,并利用湖泊拐点误差进行系统误差补偿,结果发现按文章提出的方法求得的定位结果平均精度不超一个像元,在中低纬度地区的定位表现稍优于高纬度地区,说明该方法可以满足基本定位精度需求,能够实现HY-1 C/D海岸带成像仪影像在无控制地区的对地目标定位。 展开更多

关键词 “海洋一号”C/D 卫星 海岸带成像仪 推扫成像 地理定位方法 地理坐标转换

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基于海岸带成像仪CZI的连云港紫菜养殖动态监测 被引量：4

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作者 王鑫华 刘建强 +1 位作者 邢前国 陈艳拢 《海洋科学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第7期9-17,共9页

连云港海域的紫菜养殖遥感监测对于规划紫菜养殖空间分布具有重要意义。基于50 m空间分辨率的“海洋一号C”卫星(HY-1C)海岸带成像仪(coastal zone imager,CZI)数据,利用归一化植被指数(NDVI)和人工目视解译,获取了2018年10月—2020年4... 连云港海域的紫菜养殖遥感监测对于规划紫菜养殖空间分布具有重要意义。基于50 m空间分辨率的“海洋一号C”卫星(HY-1C)海岸带成像仪(coastal zone imager,CZI)数据,利用归一化植被指数(NDVI)和人工目视解译,获取了2018年10月—2020年4月连云港沿岸的紫菜养殖遥感监测面积,并分析了紫菜养殖的季节变化特征。结果显示,连云港紫菜养殖区主要分布于海州湾和连岛附近海域;养殖区自9月至次年5月在CZI图像上可见,紫菜养殖遥感监测面积呈先增加后减少的趋势,1—2月其遥感监测面积通常达到一个养殖周期的最大值,3月初面积迅速减少;基于CZI影像的2019年度遥感监测面积为123 km^(2),2020年度为160 km^(2)。建立HY-1C与哨兵二号(10 m)、高分一号(16 m)和Landsat-8(30 m)监测结果的线性模型,以Google Earth影像目视解译的紫菜养殖区遥感面积作为真实值,并将哨兵二号监测值转换为真实值。换算成真实值的2020年度紫菜养殖区真实面积为94 km^(2),较2015年度的42 km^(2)增长了1倍多。研究展示CZI可用于紫菜养殖区的业务化观测。建议利用其1—2月份的多期遥感影像监测结果作为年度紫菜养殖区遥感监测面积的基准。 展开更多

关键词 HY-1C 海岸带成像仪(CZI) NDVI 连云港 紫菜养殖

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HY-1C卫星海岸带成像仪叶绿素a浓度反演研究 被引量：7

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作者 滕越 邹斌 叶小敏 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期25-34,共10页

叶绿素a作为最重要的水质参数之一,是评价水体富营养化和初级生产力状况的主要因素。我国海洋一号C(HY-1C)卫星海岸带成像仪(CZI)具有高时空分辨率的观测优势。本文基于东海和南海现场实测数据建立了HY-1C卫星CZI叶绿素a浓度反演模型并... 叶绿素a作为最重要的水质参数之一,是评价水体富营养化和初级生产力状况的主要因素。我国海洋一号C(HY-1C)卫星海岸带成像仪(CZI)具有高时空分辨率的观测优势。本文基于东海和南海现场实测数据建立了HY-1C卫星CZI叶绿素a浓度反演模型并在实测水域进行反演,与MODIS叶绿素a浓度反演产品进行了对比验证,应用CZI叶绿素a浓度模型在珠江口、长江口、渤海湾水域进行了叶绿素a浓度反演示例试验。结果表明,叶绿素a浓度模型估算浓度与实测浓度相关系数为0.7743,平均相对误差为24.58%,利用实测叶绿素a浓度对模型进行精度验证,相关系数达到0.9939,平均相对误差为18.49%。模型在实测水域反演得到的叶绿素a浓度分布与MODIS叶绿素a浓度产品分布大体一致。在珠江口水域反演得到叶绿素a浓度空间分布为由西北向东南逐级递减,峰值出现在珠江口西沿岸。在长江口、渤海湾反演叶绿素a浓度空间分布均符合地理实情。研究表明HY-1C卫星CZI数据可应用于中国近海水色定量化研究。 展开更多

关键词 HY-1C卫星 海岸带成像仪 叶绿素A浓度 珠江口

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“海洋一号”D卫星海岸带成像仪双相机几何拼接 被引量：9

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作者 杨威 周楠 曹金山 《航天返回与遥感》 CSCD 北大核心 2021年第4期99-107,共9页

实现海岸带成像仪双相机分片影像的高精度拼接,获得几何无缝的标准影像产品,是海岸带成像仪地面预处理的一项核心技术。文章根据“海洋一号”D卫星海岸带成像仪双相机的物理结构及其成像机理,重点介绍了一种基于虚拟化拼接的高精度几何... 实现海岸带成像仪双相机分片影像的高精度拼接,获得几何无缝的标准影像产品,是海岸带成像仪地面预处理的一项核心技术。文章根据“海洋一号”D卫星海岸带成像仪双相机的物理结构及其成像机理,重点介绍了一种基于虚拟化拼接的高精度几何拼接方法,主要包括在轨几何定标和虚拟化拼接两个部分。对海岸带成像仪分片影像数据进行了几何拼接试验,结果表明:文中所提方法获得的拼接影像的内部几何精度可以达到优于1个像素,说明海岸带成像仪具有良好的几何性能。 展开更多

关键词 几何拼接 在轨几何定标 双相机 海岸带成像仪 “海洋一号”D卫星

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中国海洋水色卫星的海上漂浮浒苔遥感特性分析

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作者 叶小敏 林志佳 +2 位作者 腾和丽 郭茂华 王晓梅 《航天返回与遥感》 北大核心 2025年第2期13-26,共14页

近年来,浒苔绿潮已成为黄海海域的一种海洋生态灾害。卫星遥感作为一种技术手段,为该海洋生态灾害的防控提供了有效的基础监测信息。中国海洋水色卫星(HY-1C、HY-1D和新一代海洋水色观测卫星)可为海上大型漂浮浒苔监测提供多种分辨率的... 近年来,浒苔绿潮已成为黄海海域的一种海洋生态灾害。卫星遥感作为一种技术手段,为该海洋生态灾害的防控提供了有效的基础监测信息。中国海洋水色卫星(HY-1C、HY-1D和新一代海洋水色观测卫星)可为海上大型漂浮浒苔监测提供多种分辨率的同步观测数据源。文章使用准真彩色合成影像分析法和归一化差分植被指数(NDVI)分别从图像、光谱、时空覆盖和信息提取结果差异等方面对海上漂浮浒苔多分辨率遥感数据的监测特性进行分析。分析结果表明:空间分辨率是影响海上漂浮藻体遥感监测结果的主要因素,空间分辨率优于500 m的中国海洋水色卫星遥感影像可较好地用于暴发期的海上漂浮浒苔监测;当前中国海洋水色卫星可实现黄海浒苔的每天一次中等分辨率覆盖监测;NDVI随海面浒苔覆盖率增大而增大;不同分辨率遥感影像直接观测到的浒苔分布具有较大差异,分辨率和监测得到的分布面积呈现负相关的关系。该研究为中国海洋水色卫星数据的生态监测应用及后续卫星指标论证提供了重要参考依据。 展开更多

关键词 中国海洋水色卫星 浒苔 海岸带成像仪 水色水温扫描仪 中分辨率可编程成像光谱仪 遥感监测

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海洋卫星北极多区域遥感成像任务规划及应用评估 被引量：3

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作者 孙从容 刁宁辉 +2 位作者 韩静雨 刘金普 刘建强 《极地研究》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期189-197,共9页

北极区域海冰是影响北极船舶航行安全的重要因素,由于该区域现场观测站点少,卫星遥感成为监测北极海冰变化的主要手段。为满足北极海域重点区块遥感观测的需求,结合海洋卫星轨道预测技术和海岸带成像仪的载荷特点,本文提出了一种多区域... 北极区域海冰是影响北极船舶航行安全的重要因素,由于该区域现场观测站点少,卫星遥感成为监测北极海冰变化的主要手段。为满足北极海域重点区块遥感观测的需求,结合海洋卫星轨道预测技术和海岸带成像仪的载荷特点,本文提出了一种多区域成像的卫星探测任务规划算法。简化的轨道预报模型和规划算法均为自主设计、独立编程,脱离商用软件的约束,自动化程度高,经过海洋一号C卫星的应用实践,验证了该算法满足近实时的观测需求,改变了以往无差别接收任务规划的不合理局面,有效提高了卫星资源的应用效能,为北极航运提供更好的支撑服务。 展开更多

关键词 北极区域 成像任务规划 海洋卫星应用 高分辨遥感 海岸带成像仪

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基于HY-1C CZI影像光谱指数重构数据MNF变换的红树林提取 被引量：20

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作者 梁超 刘利 +3 位作者 刘建强 邹斌 邹亚荣 崔松雪 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期104-112,共9页

本文基于广西山口国家红树林生态自然保护区的HY-1C卫星的海岸带成像仪(Coastal Zone Imager,CZI)影像,分析了红树林与一般陆地植被的光谱特征及其光谱指数的相关性,采用归一化差值植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,ND... 本文基于广西山口国家红树林生态自然保护区的HY-1C卫星的海岸带成像仪(Coastal Zone Imager,CZI)影像,分析了红树林与一般陆地植被的光谱特征及其光谱指数的相关性,采用归一化差值植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)、归一化差异水分指数(Normalized Difference Water Index,NDWI)、大气阻抗植被指数(Atmospheric Impedance Vegetation Index,ARVI)及利用CZI波段构建的光谱斜率比(CZI Visible Spectrum Slope Ratio,CVSSR)4个指数替代CZI原始波段形成重构数据,基于重构数据的最小噪声分离变换(Minimum Noise Fraction Rotation,MNF)结果分量,建立决策树并实现了红树林信息的自动提取。研究结果表明:结合本文所选光谱指数重构数据及MNF变换方法,能够有效增强CZI影像上红树林与一般陆地植被的光谱差异,基于MNF变换分量建立的决策树可有效提取红树林信息,经与专家解译结果比对,本文方法面积准确率达90%以上;经随机样本点验证,总体检测精度为88%。 展开更多

关键词 HY-1C 海岸带成像仪 红树林 光谱指数 最小噪声分离变换

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面向鄱阳湖洪涝风险分析的HY-1C/D卫星CZI影像水体面积与水位关系研究 被引量：6

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作者 刘建强 叶小敏 陈鋆 《华中师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期505-512,共8页

海洋一号C星(HY-1C)和海洋一号D星(HY-1D)搭载的海岸带成像仪(coastal zone imager,CZI)广泛应用于海洋、海岛和海岸带监测,同时也是内陆水体动态监测的重要数据源.该文选择水体范围变化剧烈、旱洪灾害频发的鄱阳湖为研究区,以瑞利校正... 海洋一号C星(HY-1C)和海洋一号D星(HY-1D)搭载的海岸带成像仪(coastal zone imager,CZI)广泛应用于海洋、海岛和海岸带监测,同时也是内陆水体动态监测的重要数据源.该文选择水体范围变化剧烈、旱洪灾害频发的鄱阳湖为研究区,以瑞利校正后的CZI反射率数据为基础,利用归一化水体指数(normalized difference water index,NDWI)与归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)联合的水体范围提取方法,相对精度达到96%,并获取了2019年3月至2020年8月鄱阳湖湖泊淹没面积.在此基础上,结合同步的水文站水位测量数据,建立了适用于鄱阳湖的水面积-水位定量关系模型(R=0.97).分析结果显示,鄱阳湖9月中旬至1月,水体面积最小,水位最低;2月至6月,水体面积逐渐增大,水位逐渐抬升;7月和8月,水体面积和水位达到年内峰值.洪涝风险区主要集中在鄱阳湖的东南部和西部.该研究对星地联合的洪涝风险分析有一定的借鉴意义. 展开更多

关键词 海洋一号C/D卫星 海岸带成像仪 洪涝灾害 鄱阳湖 水体面积 水位

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HY-1C卫星CZI载荷的黄海绿潮提取研究 被引量：18

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作者 刘锦超 刘建强 +1 位作者 丁静 陆应诚 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1-11,共11页

海洋一号C(HY-1C)卫星是中国首颗海洋水色业务卫星,其搭载的海岸带成像仪(CZI)在近海海洋环境监测中正发挥越来越重要的作用;随着搭载有相同传感器的HY-1D卫星发射,双星组网观测,可形成3天2次的高频次、大范围对海观测能力,在海洋漂浮... 海洋一号C(HY-1C)卫星是中国首颗海洋水色业务卫星,其搭载的海岸带成像仪(CZI)在近海海洋环境监测中正发挥越来越重要的作用;随着搭载有相同传感器的HY-1D卫星发射,双星组网观测,可形成3天2次的高频次、大范围对海观测能力,在海洋漂浮藻类、海洋溢油等目标探测方面具备优异的效能。高空间分辨率光学数据中包含了丰富的海洋环境信息,给特定目标的识别提取带来一定干扰。本研究面向HY-1C卫星CZI载荷开展中国近海漂浮藻类识别提取的业务化应用需求,发展基于藻类缩放指数与虚拟基线高度融合的海洋漂浮藻类识别提取算法,算法优选适用于无短波红外波段国产数据的虚拟基线高度指数来增强藻类信号,通过藻类缩放指数滑动窗口运算,有效剔除高空间分辨率光学数据中的复杂干扰信息,实现了基于CZI数据的海洋漂浮藻类高精度提取,且具有较好的计算运行效率。此外,结合准同步高分卫星16 m多光谱数据,开展CZI数据含藻像元的不确定性分析,发现CZI数据反演结果对近海小斑块漂浮藻类存在不可忽视的高估现象。研究还指出,光学数据用于漂浮藻类监测,其不确定性不仅来源于传感器的空间分辨率差异,还与海洋漂浮藻类形态特征的空间分异性有关。明晰海洋漂浮藻类的形态学空间分异特征,将有助于提高光学数据反演结果的精度,并阐明不确定性。 展开更多

关键词 海洋一号C卫星 海岸带成像仪 绿潮 藻类缩放指数 虚拟基线高度

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基于深度学习的西沙永乐群岛珊瑚礁遥感信息提取 被引量：3

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作者 马珍妮 宋妍 +2 位作者 邹亚荣 朱海天 崔松雪 《应用海洋学学报》 CSCD 北大核心 2022年第4期644-654,共11页

珊瑚礁是海洋生态系统的重要组成部分,对保护海洋生物多样性以及维持海洋生态平衡具有重大意义。我国南海珊瑚岛礁自然资源丰富,准确、高效地提取珊瑚岛礁信息对南海岛礁监测、管理、规划与保护具有现实意义。本研究基于我国海洋一号C卫... 珊瑚礁是海洋生态系统的重要组成部分,对保护海洋生物多样性以及维持海洋生态平衡具有重大意义。我国南海珊瑚岛礁自然资源丰富,准确、高效地提取珊瑚岛礁信息对南海岛礁监测、管理、规划与保护具有现实意义。本研究基于我国海洋一号C卫星(HY-1C)遥感数据,对西沙永乐群岛珊瑚礁信息进行了研究与分析,提出基于HY-1C遥感数据的珊瑚礁地貌分类体系。采用全卷积神经网络U-Net模型,依次通过下采样、上采样操作提取西沙永乐环礁地貌特征,实现原始影像的像素级语义分割。结果表明:基于HY-1C数据建立的地貌分类体系对活珊瑚覆盖及珊瑚生长发育条件具有指示作用,提出的基于U-Net模型的珊瑚岛礁地貌信息自动提取方法,能够为我国南海珊瑚岛礁生态系统的全自动、大范围监测和评价提供相应理论基础,在珊瑚礁生态管理与评价中发挥关键作用。精度验证结果表明:U-Net模型可以有效提取珊瑚礁地貌信息,采用的地貌信息提取方法具备时空泛化能力,泛化精度高于80%。 展开更多

关键词 海洋物理学 海洋一号C卫星(HY-1C) 海岸带成像仪 珊瑚礁地貌分类 深度学习 U-Net 西沙永乐环礁

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