基于我国GF-5号卫星上大气温室气体监测仪(GMI)的遥感数据,开展中国区域的CO₂反演实验,根据中国区域特征差异对CO₂廓线样本进行统计,构建了适合中国区域特征、具有代表性的样本集,然后将统计反演得到的CO₂廓线作为初始值代入物理反演方法当中,形成协同统计和物理方法的新算法。通过分析新算法的反演结果,得出协同反演算法在单独使用物理反演算法的基础上精度提高了47.7%,其反演结果与国际上同类型的卫星OCO-2提供的观测结果的相关性达到88.5%。

利用辐射传输模型(SCIATRAN)联合高分辨透射率谱线(HITRAN)库对包含 ¹³CO₂强吸收特征的中红外光谱进行特性分析,发现中红外相比于近红外与热红外波段, ¹³CO₂的吸收特征更为明显,并且中红外波段对对流层5~15 km处的二氧化碳浓度变化极为敏感。大气的对流与交换使得中高层CO₂的浓度变化与近地表息息相关。通过对光谱特性的分析,得出影响二氧化碳反演的主要因素是水汽、温度和氧化亚氮。在进一步研究利用卫星遥感数据反演得到的 ¹³CO₂浓度时,给出了反演的必要条件,其中水汽廓线需满足50×10 ^-6的精度,温度廓线需要满足高于0.03 K的精度,氧化亚氮廓线需要高于5×10 ^-9的精度,仪器的信噪比需要高于600。该结论为利用卫星遥感探测 ¹³CO₂提供了理论基础,并为未来的超光谱探测器制造指标提出了要求,可以更好掌控CO₂“源”与“汇”及输送规律, 了解全球碳循环收支。

联合像元谱段信息与空间结构特征,提出一种适用于多光谱遥感影像像素级分类的多层感知卷积神经网络(MPCNet),并基于吉林1号光谱卫星(Jilin-1GP)影像,在印度纳西克研究区对地表覆盖分类算法进行性能测试。为保证实验的高可靠性,在相同时间段结合Landsat8、Sentinel-2A及HJ-1A影像进行同步分类来定性与定量评估。除此之外,选取三个当前流行算法支持向量机(SVM)、LightGBM、浅层卷积神经网络(CNN)进行算法性能比较。实验结果表明,在Jilin-1GP影像上的总体分类精度可达94.0%~95.8%,Kappa系数达到0.932~0.948。相比准确率较高的浅层CNN,MPCNet的总体分类精度提升3.7个百分点。

雾、霾粒子的组成成分不同,雾滴具有大粒子特性,霾的成分复杂,小粒子居多。偏振观测对小粒子具有很强的敏感性,基于该特性 利用矢量辐射传输模型(Vector linearized discrete ordinate radiative transfer, VLIDORT) 计算雾粒子和霾粒子的偏振辐射特性,模拟结果经公式计算可得到雾、霾粒子的偏振反射率。模拟结果表明: 在散射角125°～150°范围内,雾粒子和霾粒子的偏振反射率随散射角分布有明显不同的变化趋势。利用该偏振辐 射特性结合雾霾粒子的辐射特性,基于2008年3月11日的多角度偏振成像观测的卫星载荷 (Polarization and directionality of the earth’s reflectances, POLDER)数据对雾和霾进行区分。 将区分结果与中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution imaging spectroradiometer, MODIS)图像及地面站观测资料 进行对比,验证了算法的有效性。这对高分五号大气气溶胶多角度偏振探测仪(Directional polarimetric camera, DPC) 遥感数据的应用具有重要的参考价值和科学意义。

空间遥感相机在轨运行时由于空间环境的变化，会产生不同程度的离焦。针对某高分辨率空间相机光学系统的特点以及焦深，设计了一套蜗轮蜗杆传动驱动偏心凸轮的调焦机构，详细分析了调焦机构的精度，分析结果表明：调焦机构的定位精度为 0.0042 mm，焦平面组件的倾斜量为 5.31.，满足光学系统的要求。最后，建立了工程分析模型，并对其进行了模态分析。结果表明：调焦机构的一阶模态为 176.56 Hz，高于相机的基频，满足设计要求。因此，所设计的调焦机构能够保证高分辨率空间光学遥感器在复杂工况下的成像质量。

高光谱遥感影像分类通常基于地物光谱特征,但影像中同时还存在丰富的空间信息。空间信息的有效利用能显著提高图像分类效果。因其具有的特殊结构,卷积神经网络(CNN)已成功地应用在图像分类领域,对二维图像分类具有很好的效果。如何通过深度学习并结合空间光谱信息来提高分类性能是一个关键问题。结合高光谱影像中的空间特征与光谱信息,提出一种适合于高光谱像素级分类的深度学习三维卷积神经网络模型(3D-CNN),并在初始分类的基础上利用多标签条件随机场进行优化。选取三个通用公开高光谱数据集(Indian Pines数据集、Pavia University数据集、Pavia Center数据集)进行测试,结果表明分类优化后精度得到很大提升,总体精度可达98%,Kappa系数达到97.2%。

空间相机调焦机构需具有一定的锁止能力，以应对火箭发射中的冲击与振动，因此，对机构的自锁特性进行评价是保证空间光学遥感器正常工作的关键。针对某型空间相机调焦机构，研究了螺纹接触面的滑移机理，建立了工程分析模型，详细分析了两种螺距(1 mm，1.5 mm)的螺纹的接触应力、切应力分布特征及其自锁性。结果表明：螺纹螺距为1 mm的调焦机构Mises应力值大于其自锁标定值，自锁失效；螺距为1.5 mm的调焦机构Mises应力值小于其自锁标定值，满足自锁要求。最后，对调焦机构进行了振动试验，结果显示：螺距为1 mm的调焦机构焦平面位移达2 753 μm，自锁失效；螺距为1.5 mm的调焦机构焦平面位移为6 μm，小于测量误差，机构自锁正常,验证了分析方法的可靠性。这种动力学环境下研究机构自锁性的新方法对工程应用具有重要的意义。

为了保证口径为Φ320 mm的反射镜粘胶前后面形精度变化较小，同时组件的动静态刚度满足使用要求，对空间相机反射镜的胶结技术进行了研究。首先，得出了六条均布粘胶和沿芯轴外环全粘胶两种粘胶方案的具体参数，并采用有限元的方法对两种方案进行了静刚度分析与光学性能分析；其次，在反射镜裸镜面形为0.030λ(λ=632.8)时，分别检测了采用这两种粘胶方案装配后反射镜的面形精度；最后，对反射镜组件进行了振动试验。分析与试验表明：采用六条均布粘胶方案装配后，进行振动试验组件完好无损，测得一阶频率为144.194 Hz，与有限元分析相对误差为1.23%，动静态刚度满足需求，同时对比外环全粘胶反射镜面形精度提高了13.5%。结果显示六条粘胶方案更适用于Φ320 mm反射镜组件的粘结。

结合集成建模法和光线追迹法研究飞轮微振动对相机成像质量的影响.采用集成建模法, 建立飞轮微振动的扰动模型、卫星和相机的有限元模型, 进行瞬态响应分析, 得到6个方向力或力矩单独作用下相机各反射镜随时间变化的位移.采用光线追迹法, 由反射镜位移和入射光线, 根据折射定律计算折射后光线的位置、方向及与光轴的夹角.由得到像面处的光斑坐标和位移, 运用运动统计矩计算系统调制传递函数.结果表明: 响应周期与激励周期无关;激励的作用时间长度和采样时间长度均会影响调制传递函数;不同方向振动激励造成的调制传递函数变化的大小不同, 而不同方向对包含原光学系统的调制传递函数的影响类似仅振动对调制传递函数的影响;当振动分别作用My、Mz值时衰减最大, 达到0.1左右.该方法较理论推导简便快捷, 能获取微振动与调制传递函数的关系, 为系统优化设计和隔振措施提供参考.