复杂自然环境时空定量信息获取与融合处理的理论与应用

项目名称：

复杂自然环境时空定量信息获取与融合处理的理论与应用

首席科学家：

金亚秋  复旦大学

起止年限：

2004年6月 至 2006年8月

依托部门：

国家自然科学基金委员会  上海市科委

(1). 空间遥感散射辐射传输机理与信息获取

    复杂环境中矢量辐射传输的信息理论

    矢量辐射传输理论是讨论极化电磁波多次散射、吸收与辐射传输的理论，它的参数化建模与求解在许多科学领域（如天体物理、中子输运、热传送、多孔媒质输运）中有重要的研究。对于复杂环境中的矢量辐射传输，则要能模拟空间平台上雷达、辐射计观测地球环境时电磁波与复杂几何构造的自然介质相互作用的多次散射与辐射传输。由参数化建模与数值求解,得到散射与辐射,及其与各特征性参数之间定量的函数关系。这是正向的数值模拟。辐射传输理论可作为一门学科，已有了不少研究进展。由于以往较少涉及多类的空对地观测的大量实际数据，相对简单的建模（如：平行分层、单一组份与均匀、解析求解）与辐射传输理论模拟可以说明物理问题。

    但是，对今天在轨运行或与未来上轨运行的通道（如：SAR的P、L、C、X、K通道； SSM/I的从19GHz到85GHz, SSMT到150 GHz,，风云三号从10.7 GHz 到89 GHz等等）就不是用单一个模型可以解决的。复杂成份（叶、杆，不同形状与结构、数量多少）、非均匀分布（植被或海冰的不完全覆盖）、多类自然介质层（植被与冰雪、洪涝）和随机粗糙面（风驱海面或下垫地面），甚至带未知变化的不确定性等均要纳入建模中。

由此要发展相应的散射与辐射传输理论，将非均匀分布概率密度函数与复合建模引进确定性的辐射传输理论中，从大气到各类地表覆盖、下垫地面的复杂环境，得到为信息正向模拟服务的矢量辐射传输理论及其求解方法。

    我国十通道微波成像辐射计原理样机已研制成功，现正在作正式样机，将用于风云三号气象卫星。我们将利用已成功的微波成像辐射计原理样机进行地基实验，进行各类地表的实验观测与理论研究，其试飞数据也将在本项目中研究。并用我们新研制的便携式散射与辐射计组合系统做辅助的相关内容的地面实验。同时，对于神州多模态遥感器（散射计、辐射计、高度计）的实验数据进行总体分析。这些实验研究的成功及其理论分析研究将直接有益于未来上星之后的数据处理、信息提取以及与国外技术的比较，在中国国家卫星气象中心将得到实际成效。这种上星仪器先在地面实验与研究在我国尚未有过，据我们自己有过的经历，美国曾用雨云(Nimbus)7号SMMR（扫描式多通道微波辐射计）做过地面实验。目前，在国内只有我们在安排这一工作。

    全极化散射的SAR观测理论

    对于任一极化（线极化、圆极化或椭圆极化）的入射电磁波，通过极化合成，可以测量得到它在通过复杂散射介质后的同极化与交叉极化的散射场（幅度与相位）。这就是全极化散射测量。同极化与交叉极化的散射回波自然会携带了散射介质的多种特征信息，比如，层高、散射体大小、形状、多少等。问题是如何能定量地提取出来。近二十年来，SAR全极化散射测量与高分辨率成像技术极大地促进了空间遥感的发展。但是，SAR技术是从传统的雷达技术而来的，雷达技术往往着重于单一极化单一目标的回波研究，不适合自然环境，如复杂多类地表的多极化散射研究。SAR的测量数据与图像给出全极化回波的强度和相位，如何与散射层本身的物理信息相对应，并由此给出定量的信息特征，完全取决于对电磁波与观测环境相互作用的进一步的研究。

    虽然，在这方面近年里有了不少进展，比如：美国CalTech的JPL提出过全极化测量技术的若干基本方法与监督分类，Borner等提出过全极化测量中简单目标分解定理，Cloude提出过简单目标分解的信息熵, 金亚秋提出过随机散射层全极化散射的模拟与作为地表特征函数的信息熵计算。但是，这一理论远未完成。尤其在极化合成与信息熵在与极化后向散射测量之间有何直接的联系，从而能明白无误地应用于SAR实际数据与提取出定量信息，还是不清楚的。这样，尽管现在有了大量的数据图像，但却还不能给出丰富的信息。

    我们将进一步发展全极化散射测量与极化合成的观测理论、研究特征值与信息熵如何与实际观测相结合，或如何在实际观测中表现出来。研究复杂环境建模条件下，这些理论与模拟是如何表现的，从而能实际应用于多通道、多极化、多视SAR数据对多类地表与目标的识别与分类等。它也将直接有益于我国正在与将要发展的SAR（如尖兵五号SAR等）技术及其观测的信息理论。

    近来，有提议用激光雷达与SAR结合进行森林植被三维剖面结构测量，不同层面的结构信息都可能获取，而不是单一的雷达散射总截面。这对生物量与生态监测研究都将有十分重要的意义。我们将进行这一工作的理论建模和实际应用。同时，这些极化理论必定也有助于近年来全极化辐射测量技术和其它与极化散射`有关的问题研究。

    用激光雷达与SAR结合进行森林植被三维剖面的结构信息的获取与应用研究将促进我国在激光雷达与SAR技术、生态监测技术的发展。

     美国海军研究室曾用交叉飞行的两幅SAR图像重构数字地面高程（DEM），但他们的理论有缺陷。我们正研究用一幅SAR图像重构DEM，而不需要一般不易实现的两次交叉飞行。在粗糙地面面散射与植被体散射SAR干涉模型、干涉相干最优化、构建地表景观的城市建筑环境的DSM、特定区域的DSM等。

     人工智能与模式识别技术的新概念新方法与新算法也将应用于SAR遥感图象的目标分类与识别。

(2). 空间微波遥感各类地(海)表和大气数据验证

    可以说，今天的空间遥感与前二三十年一个明显不同点是有了大量的多源的数据。这直接提出了一个问题：以前的理论对今天的数据好用吗？数据能说明什么信息？这就产生了对应各类典型地表的数据标定与验证。比如：美国海军研究室对SSM/I作了大量的数据验证。但是，他们没有好的理论，所用的方法几乎完全基于统计。有些系数甚至可以任意修改。即使向外发布的数据产品，其方法也常变动。统计的方法，特别是D-矩阵方法很重要。但是，统计的方法若没有理论与模拟为指导，很可能得到错误的结论，尤其在没有充分的地面实况数据的条件下。比如，极区多年冰的统计规律显然不能沿用到中纬度持续一两个月的渤海海冰。不同植被覆盖的下垫土壤的湿度反演也应不一样。

    我们将在上述辐射传输与极化散射理论与模拟结果的指导下，对SAR（如SIR-C、AirSAR、RADARSAT、ERS）与SSM/I等在中国各典型区域典型事件的数据进行标定与验证的研究，也制定类似美国海军研究室对SSM/I的数据验证手册。同时，将发展特定内容的反演算法、复杂地表海量数据与随机信号的估计理论，试图找出更多的有效方法来发展以理论为指导的新的特征反演算法的逆问题研究。发展以地表分类识别知识指导的图像处理新方法，

    我国自己的机载遥感数据与地面实况数据也将得到充分利用。同时，由于我国的SAR与辐射计均与美国等国家现有的相类似，这一工作不仅可利用现有的国外数据，也必定有益于我国自己将来的数据研究与应用。

(3). 多源数据融合的理论、算法与应用

    不同的遥感器观测同一区域、同一事件，应表现出一致与互补的信息，进行多源数据融合，将极大丰富提取的信息量。

多源数据信息融合的定义可为:多源数据与信息的自动识别、归类、相关、评估与组合的多层次、多方面的处理理论与算法。

    多源遥感数据信息融合研究是计算机数据融合处理与地球定量科学信息的综合。它包括：像元级融合方法是在图象特征提取之前影象数据的直接融合，而后再对融合的数据进行特征提取和属性说明。目前采用的方法有代数法和小波变换法等。我们将对现有方法进行改进，寻求新的融合算法。下一步是特征级融合方法的研究,即首先对遥感影象数据进行空间配准，进行特征提取，然后对特征进行融合，再根据融合结果进行属性说明。此类问题目前采用的有贝叶斯（Bayes）决策法、人工神经元网络等，对于基于图象的目标识别、身份认证等均具有重要的意义。

    我们将寻求更有效的图象特征提取与相关的特征融合算法，基于Bayes理论的无监督学习模式分类算法对于特征融合可能产生新的思路。我们还要建立新的图象压缩算法，以利于实时处理。

    决策级融合方法首先对遥感影象数据进行空间配准、特征提取和属性说明，然后对属性进行融合，最后再对融合属性加以说明。这种方法是多源信息层面的融合，具有很强的容错性。目前常用的方法有基于知识的融合算法、D-S证据推理算法、模糊推断算法以及人工神经元网络等。我们将把新的推理方法和聚类方法用于决策级融合，对现有方法做出重大改进，使之能对遥感图象融合、特征图象重构、图象中目标识别等提供理论、方法与实际应用。

    以上述散射辐射理论、数据验证与数据处理为基础，开展下述地球系统科学与国家安全技术目标环境共存信息的两大领域的应用。

(4). 中国水圈环境时空定量信息系统与应用示范

    基于空间遥感、特别是微波遥感，开展中国水圈环境时空信息的应用基础研究，对陆地水文（土壤、干旱洪涝、陆地水域、植被等）、以及大气海洋耦合，形成应用系统，旨在为我国今后环境监测、保护与开发的应用工作起到典型示范与指导的作用。

· 陆地水文

    中国西部大尺度和流域尺度的水循环规律迫切需要具有时空一致性的、高分辨率的土壤水分、冻土和积雪（雪深和雪水当量）信息集。由于这些水文变量在时间、空间上都具有高度的异质性，对它们的模拟和观测都有很大的困难。现有的土壤水分、冻土和积雪陆面过程的参数化建模型亟待改进。而用常规观测是无法获取空间变化强烈的数据。我们将利用不同来源、不同空间和时间分辨率的遥感数据（SSM/I、TMI和AMSR）、及其融合，通过结合陆面水文过程与水文参数遥感反演模型，获取物理上一致的时空信息集，表达各种尺度上的水分和能量循环，进行陆面数据同化方法和实用化研究。

    同化的定义为：利用不同来源或不完整、不连续、不同时空分辨率遥感数据(基)在物理规律与过程模拟制约下进行时间空间最小方差优化的预报时空信息集。在水文动态运行过程中融合新的观测及其信息时空分布，借助于估计理论、控制论、优化方法和误差估计理论，形成中国地表水文环境四维数据同化系统。

    研究中国北部干旱与东部洪涝的遥感信息、统计特征与时空变化、特征事件范例。特别是建立基于微波遥感的我国干旱/半干旱/半湿润地区水文估算的方法与应用规范。研究中国城市与陆地水体环境的空间遥感定量信息研究、为水资源普查与水资源动态交换等提供方法与数据信息源。

    研究中国森林与农作物区域识别分类、含水量、植被指数、下垫陆地的含水量，不同时间尺度(日、月、季、年)和空间尺度的变化规律，为高效精细农业提供定量信息。

·大气三水

    大气云水的变化改变地面的辐射能量收支，而影响区域和全球的气候变化。大气降水是陆地水的最主要供水源, 降水时空分布的不均匀，是洪涝和旱灾的根本原因。因此提供全球尤其是我国区域的大气三水信息，对于提高天气预报及区域气候变化研究的水平，对于水资源的管理及旱涝灾害的防治，对于我国国民经济的持续发展，都有着不可言喻的重要意义。

    由于大气三水极大的时空变异性，由卫星遥感乃至结合地面观测所提供的大气三水时空信息，无论从量上还是精度上，都远不能满足气象、水文、海洋和军事业务工作以及全球变化研究的需求。针对国外和我国自已发展的大气三水卫星遥感器，利用国外的卫星资料、以及我国的校飞等资料，发展适用于我国的大气三水反演算式。将“数据融合”及“图象处理”研究成果应用于多源资料的大气三水信息的提取；将大气三水信息提供给其它水圈课题研究, 进行陆地与大气界面交互作用和耦合的时空信息研究，以及对我国水圈环境如干旱、洪涝、地表水分等的影响，建立一套理论与应用方法和特征事件范例。

·海冰与海洋

    用SAR、散射计、辐射计成像研究渤海黄海海冰的发生、及其空间分布与时空演变规律。用SAR、散射计、辐射计、高度计等数据图像研究海洋特征海况参数（如风场、海流、浅海地形），进而服务于海洋监测预报与国家安全特殊领域。

(5). 环境与目标共存的信息获取技术

    武器系统通常是在复杂战场环境中运行的。环境杂波对于环境研究是信息来源，对于目标识别就成了干扰。环境的杂波干扰直接影响武器系统的正常运行。比如，导弹用寻的雷达电磁波跟踪目标，海面与地表的散射杂波直接干扰目标跟踪，这是许多场合脱靶的主要原因。这就要求分分辨目标回波与地表杂波，产生了目标回波与地表杂波、及其多普勒频移的仿真研究。目前大量的工作是目标的雷达散射截面（RCS）的精确计算，但是，再精确的RCS也应放在复杂的环境中。

    我们将进行地海杂波对目标跟踪与识别的建模与仿真研究，对目标回波与地海杂波及其多普勒频移进行仿真，低掠角入射海面与舰船、以及海面上有临空低飞目标的双站散射的快速准确数值模拟，目标与伴飞伪目标的散射识别。SAR图像中海面舰船与其它目标的识别，浅海水下地形反演，从空间微波遥感SAR，SSM/I等图像数据中反演特定区域（如中国东南沿海等）的气象和海洋等环境特征研究，高频(HF)入射条件下海杂波中船目标回波研究与船目标识别与监测， 运动目标扰动海流场的高阶Bragg回波谱特性与目标信息提取（如航向、航速），进行杂波环境中运动目标的多传感数据信息融合检测、仿真、验证，以及虚拟实验。

（6）SAR与INSAR应用

     SAR的发展促进了干涉SAR（INSAR）技术的实施，如欧洲遥感卫星ESA-1,2，航天飞机SIR-B等。INSAR利用在遥感平台上有已知基线位移的双天线SAR观测，或用同一系统在略为不同的时间重访同一区域，得到略有位移的相干的观测。它们的相位差能用于森林树木测高、数字化地形高程（DEM）、地表变形、甚至监视地震、火山等。INSAR空间分辨率将提高到米级或分米级，数据处理将实现实时或准实时。由于采用双天线、或两次重访的相干测量，获取的信息量会更丰富，但技术要求和数据质量要求就更高，比如：相位定标、干涉相位解缠、成像环境因素（大气、地面湿度、风场、季节，地物变化等）、精确基线计算、干涉处理的误差分析与误差控制等。

     SAR和INSAR技术的迅速发展，数据市场也得到很快的开拓。但是，在信息获取理论与算法上进展不大。比如森林树木测高，还没有一个较为成熟为大家起码认可的理论, 工作主要限于实地野外测量, 用统计和简单的经验公式匹配星载数据。目前, 美国与我国在大兴安岭、美国与欧空局在西伯利亚、巴西雨林的实验都在开展这类工作。我们将利用这些野外测量结果，着重研究森林树木测高与林区监视的INSAR新理论。

    以上内容(1)是作为科学知识支撑的理论建树，(2,3)是寻求新的有效的数据处理与融合信息，(4,5,6)是我们建立的理论与方法在地球系统科学（中国水圈环境）和国家安全（地海环境杂波）中的重要的典型应用。

    在散射辐射传输、成象机理、建模模拟、各尺度时空信息提取、参数反演算法与结构重建、数据标定验证与知识指导的图像处理、多源数据融合与决策信息、两大领域应用示范、各尺度图解与应用数据库多个方面形成国际上先进、学术上创新、全面系统的理论与实际应用规范性工作。

课题一：空间遥感散射辐射传输机理与信息获取

    复杂环境中矢量辐射传输的信息理论

    解决从大气到各类地表覆盖、下垫地面耦合的散射辐射复合建模、求解与数值模拟，为在轨与将在轨的空间遥感的信息获取提供理论，并与数据、应用方面的工作融合。

风云三号辐射计样机地基实验、GIS系统演示、城市陆地水体污染遥感监测等。

    全极化散射的SAR观测理论

    完成为SAR与INSAR对地表分类与目标识别观测的全极化散射理论，包括全极化散射Mueller矩阵解、相干矩阵特征值、信息熵理论、以及目标分解等方法与地表极化散射测量的直接关系。激光雷达与SAR对植被三维剖面的建模与应用方法。陆地与海洋SAR检测信息模拟与提取。

    承担单位与负责人：复旦大学金亚秋教授。主要学术骨干有复旦大学陈雁秋教授、沈一帆教授、危辉副教授、中科院上海技术物理所尹球研究员，上海航天局杨伟中研究员等。

    经费比例：30/100

课题二：空间微波遥感各类地（海）表和大气数据验证

    进行以散射辐射理论与模拟为依据，发展并完成各类地表星载数据的标定验证与特征反演算法，从数据图像到信息图像，形成手册。

    承担单位与负责人：中国科学院大气物理所陈洪滨研究员、国家气象卫星中心张文建研究员。主要学术骨干有参与本项目的该两单位开放实验室的研究员。

    经费比例：9/100

课题三：多源数据融合的理论、算法与应用

    用微波与红外、主动与被动等星载数据进行多源数据融合新理论、新方法，与新应用的研究。发展多源遥感信息处理的Bayes决策法、人工神经网络法、无监督学习模式分类法、D-S证据推理算法和模糊推断算法等，应用于实际遥感数据信息处理。

    承担单位与负责人：西安交通大学韩崇昭教授。主要学术骨干有焦李成、薛培鼎、蒋延生等教授。

    经费比例：19/100

课题四：中国水圈环境时空信息的应用系统与典型示范

    完成中国地表水文环境（土壤湿度、干旱洪涝、冰雪、荒漠化等，以及城市和陆域水体环境）信息的四维数据同化系统及其应用研究。

    承担单位与负责人：南京大学国际地球系统科学研究所陈镜明、张万昌。主要学术骨干包括有南京大学数名教授和宫鹏教授领导的南京大学国际地球系统科学研究所8位海外华人学者参与。

    经费比例：19/100

课题五：环境与目标共存的信息获取技术

    对于有关地海杂波与背景中目标识别监测的军事科技问题，如低掠角观测、导弹寻的的杂波干扰等，提出理论、仿真模拟与应用。同时建立一个完整的多传感信息融合的杂波环境下的目标检测与识别实验系统，可以完成有关多传感目标信息获取、遥感时空信息处理、多源信息融合等方面的实验研究。

    承担单位与负责人：复旦大学李中新副教授（环境杂波）、西安交通大学赵广社副教授（多传感数据信息融合）。主要学术骨干金亚秋教授、黄兴忠高工，韩崇昭教授、蒋延生等教授。

    经费比例：19/100

课题六：SAR与INSAR的信息应用研究

    SAR与INSAR信息若干应用研究

    承担单位与负责人：中国科学院遥感所王超研究员

经费比例：4/100

课题一对于微波毫米波被动遥感FY-3、FY-4、多模态海洋遥感HY-2、微波主动SAR、全极化SAR-2、微波被动探月等空间遥感计划进行遥感机理的基础研究，对于这些空间遥感计划提出相应的科学问题，在学术创新和满足重大需求上为这些计划服务，加强向其它课题的辐射和耦合（金亚秋负责）。

课题二作为国家卫星气象发展应用的重要单位（张文建负责），提出FY-3、FY-4微波遥感前期重大科学与技术课题，开展相应的研究，如：高轨微波探测的理论与技术、低轨多扫描方式微波遥感的研究，参加有关任务的招标，反演问题与反演产品的研究，要在我国卫星气象遥感应用上发挥作用。大气所要为这些工作提供学术创新的全面支持（陈洪滨负责）。

课题三要最终获得多源遥感信息特征融合获取的有自主知识产权的专利，与其它课题融合。目标识别的信息融合研究在我国重要军事工程领域得到应用（韩崇昭负责）。

课题四要完成：遥感信息在陆面水文过程的应用、强化区域性和全球性陆面四维数据同化的研究（李新、张万昌负责），用卫星遥感进行陆地分类和全球问题的遥感信息新方法研究与应用（江洪负责）。

课题五要完成：地海杂波、导弹制导（金亚秋）、航母监测（黄兴忠）、机动多目标跟踪（韩崇昭）等我国国防科技具体的需求。包括导弹型号应用、我国超视距雷达监测、SAR监测等。

课题六将参与SAR、SAR-2等空间遥感计划科学问题的研究（王超、张红负责），增加高分辨率雷达图像模拟与CFAR研究在有关军用项目中应用。

项目

名称

中文

复杂自然环境时空定量信息获取与融合处理的理论与应用

英文

Theory and Application for Retrieval and Fusion of Quantitative Spatial and Temporal Information from Complex Natural Environment

后三年经费预算额

       1110 万元

起止年月

2004年 6 月至 2006 年 8 月

依托部门

国家自然科学基金委、上海市科委

第一承担单位

复旦大学

承担单位数

7

项目

首席

科学家

姓名

金亚秋

性别

男

专业

电磁散射与遥感

身份证号码

310110460918623

单位

复旦大学

用于本项目工作时间（人月/年）

11

项

目

专

家

组

成

员

姓名

身份证号码

专业

单   位

是否承担研究任务

金亚秋

310110460918623

电磁散射与遥感

复旦大学

是

韩崇昭

1943/2

多源遥感

西安交通大学

是

张文建

1955/8

卫星气象

卫星气象中心

是

宫  鹏

1965/3

地理遥感

南京大学

是

林  海

1941/8

大气物理

北京师范大学

否

徐希孺

1939/7

遥感与GIS

北京大学

否

吕达仁

1940/1

大气遥感

中科院大气物理所

否

恽才兴

1931

海洋遥感

华东师范大学

否

姜景山

1939

微薄遥感技术

中科院空间中心

否

刘鹏

1970

电磁场与微波

复旦大学

是

队伍

总人数

正高

副高

中初级

博士后

博士生

硕士生

68

28

25

5

10

20

50

课

题

设

置

课题编号

课题名称

课题

负责人

承担单位

2001CB

309401

空间遥感散射辐射传输机理与信息获取

金亚秋

复旦大学

2001CB

309402

空间微波遥感地海表和大气数据验证

张文建陈洪滨

国家卫星气象中心

中科院大气物理所

2001CB

309403

多源数据融合的理论、算法与应用

韩崇昭

西安交通大学

2001CB

309404

中国水圈环境时空信息系统与应用

李  新

张万昌

中科院兰州寒旱所

南京大学

2001CB

309405

目标与环境共存时的信息获取

金亚秋

韩崇昭

复旦大学

西安交通大学

2001CB

309406

SAR和INSAR的信息应用研究

王  超

中科院遥感应用所

项目首席科学家金亚秋、项目首席助理刘鹏。

课题一将扩充纳入清华大学（杨健、主要作全极化SAR-2研究）与华东师范大学（主要作红外应用研究）的研究人员。

  课题二的承担单位为：（1）国家卫星气象中心（张文建）、（2）中科院大气物理所（陈洪滨），由国家卫星气象中心张文建（助手卢乃锰）总负责课题进展汇总报告与经费汇总报告。

    课题四新增加中科院兰州寒旱所为第一承担单位，加强四维数据同化研究。课题承担单位为：（1）中科院兰州寒旱所（李新）、（2）南京大学（张万昌）、江洪参与部分内容的负责。由中科院兰州寒旱所李新总负责课题进展汇总报告与经费汇总报告。

  课题五的承担单位为：（1）复旦大学（金亚秋）、（2）西安交通大学（韩崇昭）。由复旦大学总负责课题进展报告与经费报告。

课题六的承担单位不变。

队伍规模对比

调整前

调整后

承担单位数

6+2

7+3

总人数

55

68

正高

24

28

副高

21

25

中初级

6

5

博士后

4

10

研究生

23

70

课题编号

姓  名

身份证号码

专业技

术职务

工  作  单  位

工作时间

(人月/年)

01-05

金亚秋

教授

复旦大学

11

01-05

王志良

教授

复旦大学

8

01

陈雁秋

教授

复旦大学

8

01-05

程大军

教授

复旦大学

8

01-05

程晋

教授

复旦大学

6

01-05

危辉

副教授

复旦大学

8

05

刘鹏

副教授

复旦大学

11

01

王斌

副教授

复旦大学

11

01

杨健

教授

清华大学

6

05

黄兴忠

研究员

总参57所/复旦大学

8

01

尹球

研究员

中科院上海技术物理所

8

01

李先华

教授

华东师范大学

2

02

张文建

研究员

国家卫星气象中心

8

02

陈洪滨

研究员

中科院大气物理所

10

02

卢乃锰

研究员

国家卫星气象中心

10

02

谷松岩

研究员

国家卫星气象中心

10

02

吴雪宝

研究员

国家卫星气象中心

10

02

邱红

副研究员

国家卫星气象中心

10

02

扬虎

副研究员

国家卫星气象中心

11

02

张凌

研究员

中科院大气物理所

8

03-05

韩崇昭

教授

西安交通大学

10

03-05

蒋延生

教授

西安交通大学

8

03-05

王晟达

教授

空军工程大学

8

03-05

曹建福

教授

西安交通大学

8

03-05

王立崎

副教授

西安交通大学

6

03-05

刘晓风

副教授

西安交通大学

6

03-05

杜行俭

副教授

西安交通大学

6

04

张万昌

教授

南京大学

11

04

李新

研究员

中科院兰州寒旱所

8

04

江洪

教授

南京大学

8

04

宫鹏

教授

南京大学

6

04

覃志豪

教授

南京大学

10

04

任立良

教授

南京大学

10

04

邱崇践

教授

兰州大学

5

04

王介民

研究员

中科院兰州寒旱所

06

王超

研究员

中科院遥感应用所

8

06

张红

副研究员

中科院遥感应用所

11

研究队伍总人数：  68 人        

全时工作时间：     人月

承

担

单

位

单 位 名 称

承 担 的 主 要 任 务

复旦大学

负责课题一、五。

国家卫星气象中心

负责课题二。特别是我国新一代卫星前期科学问题FY-3，FY-4等。

中科院大气物理所

参与负责课题二。特别要解决我国新一代卫星大气遥感的一些基础应用问题。

西安交通大学

负责课题三、五。

中科院兰州寒旱所

负责课题四。特别是四维数据同化问题。

南京大学

参与负责课题四。

中科院遥感应用所

负责课题六。

* 清华大学

参与课题一的全极化SAR的研究。

* 中科院上海技术物理所

参与课题一的城市环境与水体红外遥感的研究。

* 上海航天局802，816，8部

参与课题五的军事课题的研究与实验验证。

* 华东师范大学

参与课题一的红外遥感地学研究。

* 总参57所

参与课题五的高频地波雷达检测海面目标的研究。

*空军工程大学

参与课题三的多源融合研究。

标注* 为参与研究单位

总体目标：

           建立富有中国科学家创新特点的复杂自然环境时空定量信息的前沿基础理论与数值模拟；形成空间遥感数据验证、信息获取与融合处理的有效方法。

解决我国国民经济持续发展对于水圈环境估算、监测、保护与开发提出的若干重大环境信息问题，满足应用部门对这类问题的需求；解决国家安全科技中环境与目标共存信息获取与处理的若干重要问题。

发展信息科技与地球科学的交叉，建立高水平的中国中青年科学家队伍。

五年研究目标与预期成果：

（1）基础理论进展

针对当今与未来十五年空间对地球环境（国内外SAR、SSM/I等）遥感计划，给出从大气到各类地表覆盖、下垫地面的自然环境矢量辐射传输的参数化数理复合建模与数值模拟、时空信息定量遥感理论与观测仿真; 极化合成的SAR对地观测全极化散射的信息理论。

（2）数据验证与融合处理系统方法

对中国各类地表进行SSM/I、SAR等空间微波遥感数据标定验证与反演算法的研究，完成各类典型地表特征参数提取方法与时空信息分布图。

完成多源遥感数据信息融合的新理论、环境决策信息的有效新算法。

（3）地球环境典型应用

对中国区域的水文环境（各类地表与植被、积雪、荒漠、大气三水、海洋等）在时间与空间尺度上的定量遥感信息、变化规律、重大现象、关键科学问题、特定地区提出时空信息获取与处理的应用基础理论与应用方法、提出四维数据同化系统、特别是建立基于微波遥感的我国干旱/半干旱/半湿润地区水文估算的方法与应用规范。作典型演示。可提供今后我国空间遥感数据处理的手册性文件。

在国家安全高科技中提出“目标与环境”信息获取的理论、仿真与应用。多传感数据的融合在目标识别等国家安全高技术中的若干项应用。

    发表百篇国际学术刊物论文，撰写有关“时空信息理论(Theory of Spatial and Temporal Information)，“数据验证(Data Validation)”等方面的论著，举办国际与国内学术会议，形成应用技术规范与系统。

建立复杂自然环境定量时空信息理论与应用研究的高水平精干的中国中青年科学家队伍, 培养与造就一批高质量的研究生。

    课题一将在基础理论创新研究的基础上，凝聚项目的整体目标，加强FY-3、FY-4、HY-2、SAR、SAR-2、探月等空间遥感计划提出的科学问题的研究强度，包括新增加探月反演、海洋遥感HY-2， 微波与毫米波（FY-3、FY-4）遥感有关问题的研究，并加强向其它课题的辐射和耦合，在国际、国内有重大表现。

课题二将加强我国第二代FY卫星的FY-3、第三代FY-4微波遥感前期重大科学与技术课题的研究，如高轨微波探测的理论与技术、低轨多扫描方式微波遥感的研究与任务招标，反演问题与反演产品的研究，要在我国卫星气象遥感应用上发挥直接的作用。

课题三将加强多源遥感信息特征提取的分类和识别的研究，尤其要强调建立具有自主知识产权的遥感图像融合分类和识别理论、估计融合理论, 形成专利。在融合目标识别方法的研究要在我国重要军事工程领域得到应用。

课题四将加强陆面水文过程与四维数据同化的研究，特别要在水文遥感、区域性和全球性陆面四维数据同化上取得实质性进展，完成陆面四维数据同化的一个系统。同时增加陆地分类和全球问题的遥感信息研究与形成应用系统。

课题五将与军事部门加强实质性合作，在地海杂波、导弹制导、航母监测、机动多目标跟踪等得到重要应用。理论研究的结果应用于半物理仿真实验系统，仿真实验验证成果转化为应用部门应用技术；与课题六共同探讨SAR和INSAR图像的融合理论问题。

课题六将参与SAR、SAR-2等国内、国际空间遥感计划科学问题的研究与表现,加强高分辨率雷达图像模拟与CFAR研究在有关军用项目中典型与关键性应用。