研究领域

                                                                          1. 成像光谱技术 

  成像光谱技术是光学遥感探测技术的前沿科学,是近年来发展起来的高新技术,它可以同时获取物体的二维形影信息、一维光谱信息,是融合光学、信息科学、计算机科学、电子技术、精密机械于一体的前沿交叉学科。在对地观测、空间探测、生物医学、航天航空、地球生态环境等方面都具有十分重大的科学意义和广阔的应用前景。

  该方向主要研究利用光学遥感技术实现陆地表层、大气、海洋以及空间目标的多维度探测。典型的领域包括:1)傅里叶变换成像光谱技术;2) 光电图像处理技术;3)先进光学仪器。

    课题组首次提出了基于Savart偏光镜的偏振干涉成像光谱技术,自行设计研制出具有自主知识产权的国际上首台基于Savart板的超小型稳态偏振干涉成像光谱仪星载、机载和实验样机三台,达国际先进水平。该研究方向获得国家863计划、国家重点、自然科学基金等6项资助。发表SCI论文50篇,获授权发明专利2项。

 

星载新型偏振干涉成像光谱仪样机

机载新型偏振干涉成像光谱仪样机

新型偏振干涉成像光谱仪实验样机

CCD探测器

参加“十一五”国家重大科技成就展

 

                                               2 .图像、光谱、偏振态多维信息一体化获取技术

干涉成像光谱偏振技术是近年来发展起来的一种新型的目标信息获取技术。在图像与光谱信息中加入偏振信息,可达到最佳探测与识别能力,可以在很多领域获得意想不到的作用,如可以区分形状、光谱伪装的假目标;可以区分天然目标与人造目标;可用于导弹预警,空间碎片探测等。在大气探测中,可以探测大气气溶胶及空间悬浮粒子的尺度与分布;在天文上可以探测恒星的偏振光谱;可应用于矿产资源、植皮资源、城市环境、大气污染等领域,还可以推广到生物医学、生命科学、医疗、疾病诊断、工业在线检测、便携式全光探测等其它领域。

课题组提出了一种高分辨率、高灵敏度的图像、光谱、偏振多维一体化获取技术的原理和方法。设计、研制具有自主知识产权的星载、实验样机二台。同时获取目标的形影信息、高光谱信息和全部偏振态信息。该研究方向获得国家863计划、自然科学基金等3项资助。发表SCI论文46篇,获授权发明专利6项。

 

验证实验多维信息一体化获取结构设计图及实验样机所获取的四维数据立方体彩色融合图像

  

3. 大气光学遥感探测 

地球上空的风将能量和动量从一个位置传输到另一个位置,对理解大气的行为有重要的意义。该方向主要研究大气风场的遥感探测技术,即根据大气中的声、光、电等信号在传输过程中的性质变化,反演出大气风速、温度、体发射率等大气风场信息。开展的主要研究包括1)高光谱微量气体(CO2 O3PM 2.5)成分、含量以及探测原理、方案研究;2)新型探测仪器设计与研制研究;3)风场干涉图静态四强度实时、同时探测原理、模式及相关技术研究。

课题组提出了全方位、多方向、大视场、高探测灵敏度高层大气风场被动式遥感探测的创新性原理和实施技术方案;首次开展了对更接近实际的佛克脱轮廓谱线大气风场探测的研究,提出了气辉极光的佛克脱轮廓高层大气风场的探测理论;提出了风场干涉图静态四强度实时、同时探测原理、方案、探测模式及相关技术;自主设计研发了国内首台基于压电陶瓷扫描的风成像干涉仪样机;进行了模拟星载探测实验,获得了风场干涉图;反演得出了多普勒风速、温度和压强,测量精度达到了仪器设计指标。该研究方向获国防、国家自然科学基金重点项目4项资助,发表SCI论文21篇,获授权发明专利2项。

自行设计的风成像干涉仪样机

风场速度测量图和风场温度测量误差

新型静态偏振风成像干涉仪结构图

新型静态四分区镀膜风成像干涉仪结构图

   

                                       4. 高光谱遥感反演理论与算法研究

针对高分卫星全球二氧化碳大尺度、实时、精确、高分辨率监测的重大需求,需要拓展和深化高光谱分辨率大气辐射传输理论及其卫星观测的正演仿真模拟和反演技术研究,提高反演速度,改进反演精度,建立二氧化碳全球反演业务算法为国内已经立项和后续发展的高光谱观测卫星温室气体探测载荷数据处理和应用提供技术支撑。

     该方向主要开展高光谱遥感监测CO2产品反演和算法、O3和微量气体探测、高光谱大气辐射传输理论和数据处理方法的研究,建立、发展高光谱辐射的传输模式和遥感反演系统GF_VRTM-V1.0,为CO2O3和微量气体的星载探测奠定理论基础,提供技术支持。该研究方向获国家重大专项2项资助,发表SCI论文3, 成果应用于我国科学试验卫星和碳卫星。

 

GOSAT-FTS观测光谱(红线)、GF_VRTM-V1.0模拟光谱(绿线)和匹配残差(蓝线,定义为修正后的观测光

 

                                                                                           5. 左手材料研究

  “负折射材料是一种介电常数 和磁导率 同时为负的材料,当电磁波在其中传播时,电矢量、磁矢量和波矢之间构成左手系,区别于传统材料中的右手系,故又称为左手材料(Left Handed Materials, LHM)。本课题组基于总装预研重点项目具有奇异性质的左手材料的支持,对周期性结构左手材料开展了深入研究,自行研制了实验装置,设计了回字形、C环、六边形、八边形、三角、四角等十余种棱镜型模型样品;交大字母,中国地图、随机曲线等近十种压制型样品,均取得了良好的实验结果。在Applied OpticsOptical Engineering,物理学报等国内外著名期刊发表论文十余篇。

 

负折射原理图负折射现象八边形棱镜型样品回形周期结构样品八边形模型实验结果回字形模型实验结果

 

          上述研究对发展我国具有自主知识产权的空间遥感、大气探测具有重大意义。在航空航天、空间探测、军事、国家安全、地球生态环境和人类生存空间、航天器的发射和运行、资源普查、环境保护、地球物理、天文物理研究、科研及教学等方面都有着重要的应用价值和广阔的应用