干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)是风云四号 A星(FY-4A)的三大主载荷之一,其主要功能是实现大气温度和湿度参数的垂直结构观测.为了满足卫星数据定量化应用的要求, FY-4A星成功发射之后,围绕 GIIRS开展了一系列的在轨定标和性能评价工作.评价结果表明: 除部分通道受到有机挥发物的影响, 85%的通道灵敏度优于设计指标; 利用大气辐射传输模式,通过比较观测光谱与模拟光谱的均方根误差来确定激光有效采样频率,实现了 GIIRS在轨光谱定标,精度达到 10 ppm; 利用星上面源黑体,考虑到非理想干涉图的相位影响,采用改进后的两点式外黑体定标法,实现了星上在轨辐射定标,长波和中波的平均亮温偏差均小于 1K,优于设计指标.

风云四号A星上搭载的干涉式大气垂直探测仪的核心是一台红外傅里叶光谱仪,为了提高探测仪观测资料的定量化应用水平,必须对其进行精确的在轨光谱定标。对于傅里叶光谱仪来说,光谱位置由干涉图的采样点数和参考激光频率共同决定,因此光谱定标的关键是确保参考激光频率的稳定性。本研究利用逐线积分辐射传输模式得到参考大气吸收谱线,通过比较探测仪观测光谱与参考光谱的均方根误差来确定激光的有效采样频率,从而实现探测仪的在轨高精度光谱定标。该方法已应用于风云四号A星上搭载的干涉式大气垂直探测仪的在轨光谱定标中,具有较高的应用价值。

风云四号卫星发射后, 开展了卫星在轨评价工作.采用刃边法对太阳反射通道进行在轨MTF评价, 结果表明, 多通道扫描辐射成像仪各反射通道在轨MTF分别达到了0.14、0.17和0.22以上, 符合仪器指标要求; 利用面源黑体对红外通道噪声进行评价, 结果表明多通道扫描辐射成像仪性能稳定, 噪声大小只与辐冷温度有关, 目标温度300 K时主要红外通道噪声优于0.2 K, 最优通道达到了0.06 K; 为准确检验红外定标精度, 采用GSICS方法对红外通道业务定标结果进行检验, GSICS检验显示定标精度优于1 K, 最优通道达到了0.3 K@290 K.为充分发挥多通道扫描辐射成像仪多通道联合应用效能, 根据多通道扫描辐射成像仪反射通道的响应特点, 在没有符合人眼红绿蓝响应通道的情况下, 提出了新的真彩色图像合成方法, 生成了符合人眼效果的真彩色明显.

针对遥感图像能量低的实际问题, 提出了一种亮度直方图局部线性化图像增强方法来提高彩色遥感图像的可视效果。首先, 对RGB模型描述的彩色遥感图像进行HSI变换, 以有效分离H、S和I分量; 其次, 对亮度I分量进行传统的直方图均衡化, 得到均衡化灰度映射曲线; 然后, 将图像梯度作为目标函数, 求出最优的线性化折点位置, 对灰度低端动态范围映射曲线进行线性化处理, 得到局部线性化的灰度映射曲线; 最后利用新的灰度映射曲线对图像进行增强处理。Himawari-8真彩色图像增强实验结果表明, 经亮度直方图局部线性化增强后, 像素平均梯度由73提高到了147, 较传统的RGB域直方图均衡化的123及HSI域直方图均衡化的134高; 图像信息熵由5.87提高到6.63, 全部优于传统的RGB域直方图均衡化和HSI域直方图均衡化。本文方法有效地改善了彩色遥感图像的可视效果, 提高了图像对不同目标的辨识能力。

针对风云二号(FY-2)中波红外波段地球目标图像空间分辨率低的问题, 提出了从月球图像中提取刃边目标进行调制函数(MTF)计算, 根据图像质量评价参数进行图像复原提高图像空间分辨率的方法。首先根据FY-2定位模型设计了月球可视位置算法, 搜索到月球图像; 通过一阶微分、极值匹配等处理, 基于傅里叶变换得到FY-2G中波红外波段在轨MTF评价曲线。然后, 根据MTF计算结果, 采用维纳滤波器对中波红外波段图像进行复原; 以像素平均梯度、功率谱分量和以及图像信息熵作为评价参数, 通过3种评价参数的变化确定合理的滤波参数。最后, 得到经过MTF复原的高分辨率图像。实验结果显示, 应用提出的方法, 不仅MTF计算正确, 图像复原有效, 空间分辨率得到提高, 还保证了图像复原前后能量的一致性。

针对某同轴两反光学系统的空间布局特点设计了内遮光罩，并对内遮光罩不同的高度和直径参数进行了系统的杂散光分析，绘制了系统东西方向和南北方向的点源透射率(PST)曲线并得到系统像面处的辐照度，从而为内遮光罩的杂散光抑制能力提供了量化的对比结果，便于内遮光罩进行优化设计。通过杂散光分析，并对内遮光罩的结构强度等参数进行有限元分析(FEA)校核，确定了该口径为320 mm的同轴两反光学系统的内遮光罩高度为100 mm，直径为44.8 mm，使得该遮光罩结构在满足空间遥感器力学性能的要求下达到杂散光抑制的最佳效果，实现了杂散光分析及基于结构FEA的优化设计。

将月球作为热发射波段定标参考源, 在无需月表发射率和温度信息条件下, 通过引入UDER参数, 建立了不同热发射波段观测辐亮度间定量关系, 并导出了新的波段间交叉定标方法.同时, 利用FY-2E卫星多波段月球观测结果, 以辐射精度较高的热红外波段为基准, 在无星载全光路黑体情况下, 初步实现了水汽波段在轨高精度辐射定标, 且在200～220 K低温区间内的定标精度平均提高约3.5 K, 并显著改善了云分类等定量产品的性能.

针对定性分析方法无法彻底避免鬼像影响检测的现象, 在理论分析的基础之上, 提出补偿器鬼像定量仿真分析方法。借助光学分析软件, 在设计阶段彻底避免鬼像影响检测, 并结合实例, 说明定性分析方法的局限性, 验证定量仿真分析方法的有效性。该分析方法为补偿器的设计分析提供定量分析方法, 提高了补偿器研制的成品率, 提高了补偿检验精度, 对高精度补偿检验技术具有重要意义。

总结了图像序列相位关系对超分辨率图像重建效果的影响规律, 对超分辨率图像重建引起的高斯噪声和散粒噪声的放大予以研究.通过叠加不同方差的高斯噪声的图像序列重建实验, 得到结论维纳滤波可以有效地滤除放大后的高斯噪声, 但是超分辨率图像重建后散粒噪声放大成为“波纹”形状的噪声, 传统的中值滤波法不能有效地滤除放大后的“波纹”形状噪声.根据算法处理的是图像序列的特点, 提出了基于图像序列的中值滤波法, 在滤波前通过图像序列的冗余信息判断图像序列上哪些点是受到噪声污染的, 对受到噪声污染的点予以非线性“截断”滤波, 而未受噪声污染的点则不进行滤波, 比传统的中值滤波更有效地滤掉了“波纹”形状的噪声, 而且不会带来图像平滑.

通过FY-2E卫星可见光通道、红外1、红外2、红外3、红外4 通道的杂散光评价，并且和FY-2D卫星发射初期的各通道杂散光评价对比，得到了FY-2E卫星可见光通道杂散光能量和FY-2D 卫星可见光通道杂散光能量基本持平、其中A 机通道性能略有提高，红外1、红外2、红外3、红外4 各通道的杂散光绝对能量相比FY-2D 卫星各红外通道杂散光绝对能量下降约30%～40%、其中红外2 通道信杂比明显提高的结论；分析发现，是FY-2E卫星光路系统中的里奥光栏在降低杂散光方面发挥了巨大的作用。