复杂地形下典型地物目标热遥感成像仿真研究

摘要

遥感图像仿真以其成本低的优势广泛应用于军事侦察、卫星预警、场景仿真、红外导引头设计、空间探测器成像性能评价及遥感任务演练等军事工业领域。
　　本文在分析热遥感成像物理过程的基础上,针对成像仿真的关键环节进行了数值研究,主要的研究工作如下:1、本文针对典型地物(裸露地表、植被)分类建立了地表温度的物理模型,考虑了太阳运行轨迹、气象参数变化以及大气对太阳能量衰减等作用,根据能量守恒数值模拟了地表温度,为复杂地形场景温度场计算奠定基础。2、本文采用菱形—方形网(Diamond-Square)分形方法,随机生成了数字高程(DEM)数据,构建了三维地表模型;利用遥感影像分割获得地表类型映射于复杂地形,生成了三维自然地表场景。3、考虑三维地形的相互遮挡效应,建立了复杂地表接收太阳入射辐射能的理论模型,应用蒙特卡罗(Monte-Carlo)方法进行了温度场数值模拟,提出了相关长度模式在保证精度同时提高计算效率,获得了包括典型地物目标(公路、农作物、草地、裸露土壤等)的三维复杂地物场景温度场。4、根据自然场景内典型地物目标的光谱辐射特性,考虑地形因素、大气衰减及模糊、杂散光等因素,建立了地物场景热遥感成像辐射传输模型。
　　针对法国SPOT-4卫星的绿色通道(0.50?0.59μm)和近红外通道(0.78?0.89μm)应用辐射传输模型结合大气传输计算软件LOWTRAN7进行了地物场景热遥感成像仿真。通过数值模拟,本文研究了地表传热过程、地物辐射传输过程、大气传输过程、热成像过程等遥感仿真中的关键问题,初步建立了一套复杂地形下典型地物场景的热遥感成像计算机仿真平台,获得了自然地物场景的超光谱图像。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国外成像仿真发展概况

1.3 国内成像仿真发展概况

1.4 本文的工作

第2章 平坦地表温度建模与验证

2.1 引言

2.2 太阳高度角和方位角的计算

2.3 平坦地表温度物理模型

2.3.1 裸露地表土壤的温度模型

2.3.2 植被地表的温度模型

2.4 温度物理模型的验证

2.5 本章小结

第3章 自然地表场景三维模型构建

3.1 三维地形几何模型建立

3.1.1 菱形—方形网(diamond-square) 算法

3.1.2 粗差点和滤波

3.1.3 生成地形

3.1.4 地形网格的划分

3.2 地表覆盖类型

3.2.1 地物类型的分割

3.2.2 地物场景生成

3.3 本章小结

第4章 复杂自然地表场景温度场模拟

4.1 引言

4.2 复杂地形地表入射太阳总辐射理论模型

4.3 太阳直接交换面积比例( D)的计算

4.3.1 蒙特卡罗法计算原理

4.3.2 相关长度的概念

4.4 入射太阳总辐射能量影响因素分析

4.5 模拟地表场景温度场

4.6 本章小结

第5章 热遥感成像辐射传输模型和图像生成

5.1 引言

5.2 遥感原理和成像过程

5.2.1 遥感原理

5.2.2 卫星传感器工作过程

5.2.3 SPOT 卫星介绍

5.3 辐射传输模型

5.4 辐射传输计算

5.4.1 大气传输软件LOWTRAN7 介绍

5.4.2 太阳辐射

5.4.3 地物目标的光谱特性

5.4.4 地物目标自身的出射辐射度

5.4.5 杂光辐射

5.5 遥感图像生成

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢