CCD像元响应特性的差异是制约MAI成像质量及其数据定量化应用的主要因素之一。 为了提高MAI数据质量, 本文基于全量程多段分析与校正法, 利用2016年9月至2018年3月期间共104403帧观测数据, 分别对MAI偏振通道和非偏振通道的像元响应特性的不一致性开展了在轨分析与校正, 并利用GOME-2和MODIS数据产品对校正结果进行了验证。 首先, 假定观测样本足够多, 即每个CCD像元观测的样本具有相同的遍历性, 则各CCD像元对应的所有样本的平均DN值可以代表CCD各像元的响应特性; 其次, 利用104 403帧观测数据构建各个通道的参考图像, 并利用MAI中心5×5像元给出各参考图像对应的标准DN值; 在此基础上分别对MAI偏振通道和非偏振通道开展了像元响应特性的分析, 结果表明, MAI各通道均存在CCD像元响应特性不一致的问题, 各通道的不一致性大约在4%～10%之间, 对偏振通道而言, 同一偏振波段的三个偏振通道之间像元响应特性的不一致性有一定的相似性, 像元响应特性不一致性的差异基本在1%以内。 然后, 将MAI近两年的观测数据分为前后两个时间段进行对比分析。 结果表明: 前后两个时间段偏振通道和非偏振通道的图像均具有很好的一致性, 即CCD像元响应特性未随时间发生显著变化, 这也进一步验证了前面MAI数据量充足的假定。 因此, 可以利用全量程多段校正法逐通道逐像元开展CCD像元响应特性不一致性的校正。 基于该方法校正后, MAI图像质量得到显著改善, 图像四周响应偏低的区域明显改善, 基本和周围像元的响应达到了同一水平; 图像更加平滑, 颗粒感基本消除; 部分区域的场景发生了变化, 特别是碎云等反射率介于中低反射率之间的目标。 基于GOME-2的交叉对比结果表明, MAI 565, 670和763 nm波段反射率与GOME-2的参考反射率之间的平均绝对偏差分别由校正前的1.6%, 4.2%和2.2%减小至校正后的0.5%, 2.6%和0.4%; 此外, 基于多通道云识别方法开展的云检测表明, 校正后的MAI云检测结果与MODIS云检测产品一致性更好。 因此, 全量程多段校正方法可以有效解决MAI CCD像元响应特性的不一致性, 显著提高MAI在轨观测的质量, 且该方法也可以应用于其他CCD仪器的在轨校正。

多光谱成像技术是遥感领域的一项重要技术。多光谱图像配准技术可以提高遥感图像的应用效率和能力。基于边缘结构在多光谱图像中较为稳定这一特性，提出了一种基于对称性边缘的多光谱图像配准方法，该方法主要包含“图像比例调整”、“对称性边缘提取”和“互信息配准”等三个步骤。基于天宫二号宽波段成像仪的遥感数据设计了一种多子图配准方案，验证了所提方法在可见光、短波红外和长波红外三个谱段之间图像配准的有效性。设置对比实验，将所提配准方法与其他多光谱图像配准方法进行比较，结果表明该方法在天宫二号宽波段遥感图像的配准中具有较高的精度。

高原湖泊在反映全球气候变化背景下区域自然环境变迁方面具有重要意义。以新型国产遥感数据源天宫二号多光谱数据为基础采用面向对象方法, 结合水体指数和高程信息, 提出一种面向冻湖的自动提取算法。该算法充分考虑了不同形态的水体特性, 可以同时提取结冰和未结冰的湖泊, 并能够排除冰川、河流的影响。针对选定的7个典型区域, 采用自动提取算法进行湖泊提取试验, 并进行精度验证。湖泊提取整体精度达99.10%, F-score为0.982。结果表明: 天宫二号多光谱数据在高原湖泊提取方面具有较强应用潜力, 该数据作为一种有效的数据源, 可推广用于青藏高原地区湖泊提取与变化研究, 为研究区域气候变化提供数据支持。

天宫二号紫外前向光谱仪是一种对全球中层大气进行大气痕量气体垂直分布探测的新型光谱仪, 在对大气痕量气体进行反演中, 需要高精度地计算观测大气的高度参数等几何位置参数。本文针对该光谱仪的几何成像特点, 设计并提出了一种高精度的大气高度的计算方法。首先, 计算传感器坐标系下的观测矢量; 其次, 利用平台的轨道参数、姿态及成像时间等成像几何参数, 推导出传感器坐标系到地心固定坐标系的转换矩阵, 同时将观测矢量转换到地心固定坐标系下; 再次, 以标准地球椭球体为基准, 建立经过临边切点的虚拟椭球体模型, 并计算切点的地理坐标; 最后, 依据切点坐标推导出切点的临边高度。与理论值对比分析, 在相同地球临边高度对应的散射光谱幅亮度分布保持一致, 并且与美国OMPS载荷反演的O3结果进行定位误差分析, 高度误差小于1 pixel, 在2 km范围内, 从而验证了本文所提算法的可行性和正确性。