1 中国科学院空天信息创新研究院, 遥感科学国家重点实验室, 北京 100101中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院空天信息创新研究院, 遥感科学国家重点实验室, 北京 100101
不同于传统被动光学传感器, 高光谱激光雷达发射主动式全波段高斯脉冲激光, 和植被叶片表面相互作用后, 不同波段后向散射强度返回至接收器并被记录下来。 以往的高光谱激光雷达植被叶片反射特性研究只聚焦于零度角入射的情况, 对多入射角方向反射光谱特性以及方向反射特性对叶片叶绿素含量估算带来的误差尚未进行过深入研究。 利用实验室研发的32波段高光谱激光雷达获取了不同入射角下的植被叶片反射光谱, 对高信噪比波段下植被叶片的复杂方向反射特性进行了深入分析, 随后选择光谱指数研究了高光谱激光雷达测量条件下植被方向反射特性对叶绿素含量反演的影响。 结果表明, (1)高光谱激光雷达植被叶片回波强度随入射角增大逐渐降低, 但二向反射率因子并不逐渐减小, 在可见光和近红外波段, 二向反射率因子随入射角增大分别呈现出两种不同形状特征, 可见光波段反射率因子最大值出现在0°~10°, 近红外波段最大值出现在60°, 反射率因子最小值均出现在45°处, 最大和最小反射率因子间可差0.1左右, 可见光和近红外波段10°~60°内二向反射率因子均呈现先减小后增大的趋势; (2)通过对不同入射角下光谱指数与叶绿素含量的回归分析发现, 方向反射特性对反演精度有非常大的影响, R2和RMSE并不随着入射角增大统一呈现同步增大或同步减小的趋势, 具体地, R2随入射角的变化趋势是先减小, 再增大, 再减小, 50°左右时最小, 增大发生在60°, RMSE则反之。 对于不同光谱指数, R2随入射角增大变化可达4倍, 波动范围为0.14~0.63, RMSE最大变化为1.5倍左右, 在0.5~0.8 mg·g-1内波动。 R2和RMSE的重大变化揭示了高光谱激光雷达植被叶片方向反射特性对叶绿素含量反演的重要影响。
高光谱激光雷达 后向散射强度 方向反射 二向反射率因子 叶绿素 Hyperspectral LiDAR Backscattered intensity Bi-directional reflection Bi-directional reflectance factor (BRF) Chlorophyll 光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1598
1 内蒙古工业大学化工学院, 呼和浩特 010051
2 包头师范学院化学学院, 包头 014030
铜基硫化物禁带宽度窄, 具有局域表面等离子体共振效应, 对可见光有良好的吸收能力, 且储量丰富、无毒, 这些优势使铜基硫化物光催化剂引起了研究者们的广泛关注。然而, 铜基硫化物光生电子和空穴复合速率高, 可见光利用效率低, 阻碍了其在光催化领域的应用, 因此研究者们尝试了不同的改性策略提高其光催化性能。本文综述了铜基硫化物的改性策略, 主要论述了形貌调控、晶相调控、半导体异质结等方式对铜基硫化物光催化性能的改性, 分析了不同改性方法对铜基硫化物光催化性能提高的作用, 以及铜基硫化物在光催化降解有机污染物、光解水产氢、光催化还原CO2等方面的应用, 并对铜基硫化物改性研究方向做出了展望。
铜基硫化物 光催化 降解 光生载流子 异质结 纳米复合材料 copper based sulfide photocatalytic degradation photocarrier heterojunction nanocomposite
针对某Φ1550 mm口径高轻量化反射镜在轨面形误差RMS优于1/50λ (λ=632.8 nm)的高精度要求,为模拟在轨失重状态,降低反射镜光轴水平状态面形检测时重力的影响,对反射镜进行了多点主动支撑式重力卸载参数优化。首先,在反射镜分区的基础上,提出了卸载力大小、支撑点数量及轴向初始位置的确定原则;随后,建立反射镜的有限元模型,以重力与卸载力共同作用下主镜面形RMS优于0.002λ为目标,以卸载力轴向位置为参数进行仿真优化,通过对参数的影响规律分析总结出快速优化要点,实现优化过程的简化;最终使重力引起的面形误差RMS值减小至0.00145λ。将优化后参数应用于反射镜光轴水平状态的面形检测中,测得绕轴0°、120°、240°时面形RMS分别为0.0157λ、0.0161λ及0.0159λ,且面形分布较为一致,说明经卸载后重力对面形的影响被有效消除。所提出的重力卸载优化方法灵活高效,为实现大口径反射镜的高精度光学加工及在轨使用提供保障。
空间反射镜 大口径 重力卸载 面形优化 space mirror large aperture gravity unload surface figure optimization 红外与激光工程
2021, 50(1): 20200103
应用于航天遥感领域的高光谱分辨率傅里叶变换光谱仪, 多采用分束器补偿器的方案实现分光。 由于光学器件的加工误差, 实际应用的分束器与补偿器厚度并不能达到理想的完全匹配, 当分束器与补偿器的厚度不匹配时, 由于厚度误差引入的光程差会在视场内产生干涉条纹, 进而影响光谱仪的调制度并降低其信噪比。 为满足航天遥感高信噪比的要求, 需要根据性能要求对分束器与补偿器的厚度误差范围进行限制, 即分束器补偿器厚度匹配设计。 通过理论分析方法建立了引入厚度匹配误差的附加光程差计算公式, 以及视场范围内的光谱仪干涉信号强度计算公式, 并通过Zemax建模仿真直观显示了由于分束器与补偿器厚度匹配误差导致的视场内干涉条纹信号, 给出了光谱仪调制度随厚度匹配误差增加而下降的变化曲线。 分析了视场范围在厚度不匹配条件下对调制度影响的增强效果, 发现扩展光源的入射角变动受视场角影响, 入射角变动越大导致光程差变化量越大, 进而引起调制度的下降越大; 分析了光源波数与计量激光波数不同条件下, 由于器件折射率变化导致的色散效应对厚度不匹配影响的增强效果, 发现厚度不匹配误差越大色散相位差越大, 要恢复明确相位需要限制厚度不匹配误差使其引起的色散相位差小于2π。 通过理论分析, 建立了分束器补偿器厚度匹配设计准则, 提出先通过光谱仪光谱范围和计量激光器参数限制分束器补偿器厚度不匹配误差, 再导入光谱仪设计参数计算厚度不匹配误差与调制度关系曲线, 根据调制度要求进一步限制厚度不匹配误差。 通过该设计准则, 可以提出傅里叶变换光谱仪的分束器补偿器厚度不匹配公差范围, 指导分束器与补偿器的工程设计。
厚度匹配 分束器 补偿器 傅里叶变换光谱仪 Thickness matching Splitter Compensator Fourier transform spectrometer 光谱学与光谱分析
2020, 40(12): 3941
中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室, 天津 300300
针对航空发动机传感器硬故障, 基于模型预测控制(MPC)算法, 提出了一种“隐性”判断传感器故障的主动容错控制(FTC)方法。首先, 该方法建立包含正常模式以及传感器故障的预测模型库, 然后, 监控决策单元根据传感器测量值, 选择与之最匹配的预测模型, 并向切换单元下达切换指令, 以此达到在线容错的目的。同时, 对CMPASS-40K涡扇发动机进行了主动容错控制仿真, 结果表明, 监控决策机制能够在较短的时间内判断传感器故障, 实现容错, 而且该方法不仅能实现已知故障容错, 还能实现未知故障容错。
传感器硬故障 模型预测控制 预测模型库 容错控制 sensor hard fault Model Predictive Control (MPC) predictive model library fault-tolerant control
为了比较4 ℃、15 ℃两种贮藏温度下滩羊肉pH值的变化, 优选出滩羊肉贮藏期间的最优模型,采用pH酸度计测量样本pH值, 建立两种贮藏温度下传统动力学的零级和一级模型; 应用近红外(900~1 700 nm)高光谱成像采集两种贮藏温度下滩羊肉的光谱数据, 剔除异常值后进行光谱预处理; 使用连续投影算法(SPA)提取特征波长, 建立全波段和特征波长的偏最小二乘(PLSR)预测模型; 对比分析得到的最优光谱模型与动力学模型相结合, 确定滩羊肉光谱动力学模型。结果表明,4 ℃和15 ℃的传统动力学模型的相关系数分别为0.502和0.912; 4 ℃下原始光谱经PLSR建模后效果最优, 相关系数Rc为0.821, Rp为0.863, 15 ℃经SG-S(3,7)+De-trending(4)预处理后经PLSR建模效果最优, 相关系数Rc为0.876, Rp为0.819。因此, 高光谱结合传统动力学的模型检测羊肉pH值的方法是可行的, 该模型可以预测15 ℃下滩羊肉的贮藏期。
近红外高光谱 动力学模型 贮藏温度 near-infrared hyperspectra pH pH kinetic model storage temperature PLSR PLSR
中国人民公安大学信息技术与网络安全学院, 北京 100038
为了实现对高光谱图像的分类,提出了一种基于多特征和改进稀疏表示的方法——MFISR。从高光谱图像中提取光谱特征、Gabor特征和局部二值模式(LBP)特征,求解稀疏系数,同时增加一个2范式约束,利用所得系数得到每个测试像素的最终类别标签。实验结果表明:所提MFISR方法对小样本的检测效果显著,分类性能稳定且较优。
遥感 高光谱图像 稀疏表示 特征提取 Gabor滤波 局部二值模式
针对压制干扰的存在性检测问题,提出了一种适用于脉压雷达的基于FRFT域峰值特性的压制干扰检测算法。首先,从完整的雷达抗干扰系统角度考虑,提出了将压制干扰存在性检测与目标检测、干扰分类相结合的总体思路;其次,在充分分析FRFT域LFM信号和压制干扰信号峰值特性差异的基础上,选取回波信号在FRFT域的峰值阶次作为检测算法特征参数;然后,采用序贯判决算法对多段回波信号在FRFT域的峰值阶次进行判别,从而完成压制干扰的存在性检测。最后,通过仿真实验验证了算法的有效性。
有源压制干扰 分数阶傅里叶变换 峰值特性 存在性检测 active suppression interference fractional Fourier transform peak characteristic existence detection
中国人民公安大学信息技术与网络安全学院, 北京 100038
影响传统高光谱目标检测精度的因素主要有两个方面:一是高光谱图像固有的光谱畸变造成的图像噪声;另一个是传统方法在处理目标检测和利用空间信息时,会将异质区域与同质区域同等对待,然而异质区域却包含着不同的物质和光谱特征。为了解决以上问题,提出了一种将空间自适应模型与稀疏表示结合起来对高光谱图像目标进行检测的方法。首先,在重建信号时利用噪声的稀疏表示特性,最大限度地提取噪声中包含的有用信息,以确保重建信号的特征更加丰富,并接近源信号;其次,提出了一种空间自适应权重模型,并用它来检测中心像素点同周围邻域不同像素的相似度,最大限度地利用空间邻域像素之间的关系。最终的实验结果表明,所提方法比传统的稀疏表示高光谱目标检测方法更具稳健性。
遥感 高光谱图像 稀疏表示 空间自适应模型 目标检测 光学学报
2018, 38(12): 1228004
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国空空导弹研究院, 河南 洛阳 471009
基于新型的时域有限差分光子学分析方法联合有限元电学分析方法研究了Pt/CdS紫外与InSb 红外双色焦平面阵列探测器的双色探测机理.研究发现超薄 Pt金属膜与CdS形成肖特基结可以获得较大的紫外光响应并能更好耦合红外光.采用像元间距为50 μm的Pt/CdS与InSb键合结构, 可以很好地抑制像元间的串音.结果证明了紫外-红外双色探测的可行性, 该方法将为紫外—红外双色探测器的设计提供基础指导.
紫外—红外双色焦平面阵列 Pt/CdS紫外探测器 InSb红外探测器 dual-color focal-plane arrays Pt/CdS ultraviolet detector InSb infrared detector