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多波段全天空气辉成像仪光学系统设计 被引量:8
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作者 李战涛 冯玉涛(指导) +3 位作者 韩斌 李勇 孙剑 白清兰 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期92-100,共9页
为了降低多波段全天空成像仪的复杂度和研制成本,提出了一种免调焦、高鲁棒性的多波段全天空成像光学系统方案.采用像方远心鱼眼镜头加物方远心像方准远心的有限共轭距成像镜组成二次成像系统,货架级的窄带滤光片置于一次像面处,使用H-F... 为了降低多波段全天空成像仪的复杂度和研制成本,提出了一种免调焦、高鲁棒性的多波段全天空成像光学系统方案.采用像方远心鱼眼镜头加物方远心像方准远心的有限共轭距成像镜组成二次成像系统,货架级的窄带滤光片置于一次像面处,使用H-FK61和KF2两种玻璃实现全系统复消色差.设计结果表明:系统F数为2.8,波段范围427.8~865nm,色焦移小于0.048mm,系统8个观测通道的光学传递函数都在0.46以上,满足使用要求,且滤光片公差容限非常宽松,面形公差PV≤λ/2、折射率公差±0.003、厚度公差±0.05,货架级产品即可满足使用要求.相比传统方案,该系统省去了探测器调焦机构、且不需要使用定制的窄带滤光片,达到了简化系统降低成本的目的. 展开更多
关键词 光学设计 全天空成像仪 气辉 复消色差
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基于机器学习的地基云图分类研究进展 被引量:1
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作者 项洪印 韩磊乐 +3 位作者 石超君 张珂 李星宽 杨世芳 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2023年第12期1795-1809,共15页
基于机器学习的地基云图分类是光伏发电功率预测的关键技术。该技术主要通过传统机器学习和深度学习方法对地基云图特征提取提升地基云图分类准确率。全文归纳了地基云图分类标准和云图采集设备;简要介绍了地基云图分类数据集;从传统机... 基于机器学习的地基云图分类是光伏发电功率预测的关键技术。该技术主要通过传统机器学习和深度学习方法对地基云图特征提取提升地基云图分类准确率。全文归纳了地基云图分类标准和云图采集设备;简要介绍了地基云图分类数据集;从传统机器学习和深度学习两方面详细论述了典型的地基云图分类方法;比较了不同方法在Kiel F和MGCD地基云图分类数据集上的性能;最后对现有地基云图分类方法进行了总结,并针对目前地基云图分类面临的挑战进行了展望。 展开更多
关键词 全天空成像仪 地基云图分类 机器学习 深度学习 特征提取
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中国上空夜间电离层等离子体泡群演化过程的多设备观测 被引量:1
3
作者 吴坤 徐寄遥 袁韦 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期446-455,共10页
利用子午工程富克站(19.5°N,109.1°E)全天空气辉成像仪、VHF雷达、三亚站(18.4°N,109.6°E)数字测高仪及C/NOFS卫星观测数据,对2014年3月30日中国上空的等离子体泡进行了研究。结果表明,当天夜间观测到一个等离子体... 利用子午工程富克站(19.5°N,109.1°E)全天空气辉成像仪、VHF雷达、三亚站(18.4°N,109.6°E)数字测高仪及C/NOFS卫星观测数据,对2014年3月30日中国上空的等离子体泡进行了研究。结果表明,当天夜间观测到一个等离子体泡群,约由9个等离子体泡组成,发生在日落后,一直持续到午夜后。其自西向东运动,南北向最大尺度超过1200 km,东西向绵延超过1400 km,在演化中部分结构融合在一起。等离子体泡被气辉成像仪观测到的同时,数字测高仪及VHF雷达观测到了相应扩展F及羽毛状不规则结构。同时,C/NOFS卫星检测到相应电子密度耗散。这表明,该等离子体泡同时被地基光学观测、无线电探测及C/NOFS卫星观测到。研究结果给出了多仪器同时观测到的等离子体泡群演化过程,丰富了多仪器融合研究电离层不规则体的内容。 展开更多
关键词 电离层等离子体泡 全天空气辉成像仪 数字测高仪 VHF雷达 C/NOFS卫星
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可见光/红外全天空成像仪和云雷达联合反演云高
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作者 苏源 吴林林 +2 位作者 陶法 胡树贞 程欣 《大气与环境光学学报》 CAS CSCD 2023年第2期89-98,共10页
为解决大部分设备无法单独获取全天空云底高度的问题,基于中国气象局大气探测基地可见光/红外天空成像仪和毫米波云雷达2019年6月的灰度值与云底高度数据,利用辐射传输模式计算地面8~14μm波段向下红外辐射随天顶角的变化关系,并根据红... 为解决大部分设备无法单独获取全天空云底高度的问题,基于中国气象局大气探测基地可见光/红外天空成像仪和毫米波云雷达2019年6月的灰度值与云底高度数据,利用辐射传输模式计算地面8~14μm波段向下红外辐射随天顶角的变化关系,并根据红外波段测得的天顶云底灰度值与非天顶位置的天顶角余弦灰度值之间的线性关系,从而反演得到全天空云底高度。结果表明:(1)相比于全天无云的情形,在一天的相同时间时,全天有云时的天顶灰度值较高。(2)当云底高度为2000 m以上且云层较厚时,云底高与红外模块所测灰度值的相关性明显好于云层较薄的低云。(3)2019年8月12日的个例验证结果显示,反演云高与通过云雷达测得的实际云高相关系数为0.956,而与取天顶附近约30°天顶角得到的云高相关系数为0.9508。 展开更多
关键词 全天空成像仪 云雷达 灰度值 云底高
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ASC200型地基双波段全天空云量自动观测仪云量比对分析 被引量:2
5
作者 温强 陶法 +2 位作者 刘达新 胡树贞 王依人 《气象科技》 2022年第2期161-170,共10页
采用ASC200型地基双波段全天空云量自动观测仪2019年2—5月在中国气象局长沙国家综合气象观测试验基地和上海宝山国家基本气象站的连续观测数据,分别与人工观测云量及器测云量参考标准进行比对,从综合云量、可见光云量及红外云量3方面... 采用ASC200型地基双波段全天空云量自动观测仪2019年2—5月在中国气象局长沙国家综合气象观测试验基地和上海宝山国家基本气象站的连续观测数据,分别与人工观测云量及器测云量参考标准进行比对,从综合云量、可见光云量及红外云量3方面初步探究其云量观测能力。比对结果显示:该设备长沙站和宝山站综合云量样本与人工云量参考标准差值在±20%以内的样本分别占总量的92.2%和79.4%,长沙站综合云量样本与器测云量参考标准差值在±20%以内的占样本总量的90.5%,差值在±10%以内的占样本总量的86%。结论如下:(1)ASC200综合云量样本与人工及器测云量参考标准一致性良好;(2)验证了可见光云量观测系统在雾霾等天气条件下观测能力较弱,红外云量观测系统对卷云的观测能力较弱;(3)在能见度良好的观测条件下,双波段云量观测系统的云量观测能力优于单一波段云量观测系统。 展开更多
关键词 地基云观测 全天空观测仪 双波段 云量
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Examination of the Quality of GOSAT/CAI Cloud Flag Data over Beijing Using Ground-based Cloud Data
6
作者 霍娟 章文星 +2 位作者 曾晓夏 吕达仁 刘毅 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2013年第6期1526-1534,共9页
It has been several years since the Greenhouse Gases Observing Satellite (GOSAT) began to observe the distribution of CO2 and CH4 over the globe from space. Results from Thermal and Near-infrared Sensor for Carbon O... It has been several years since the Greenhouse Gases Observing Satellite (GOSAT) began to observe the distribution of CO2 and CH4 over the globe from space. Results from Thermal and Near-infrared Sensor for Carbon Observation-Cloud and Aerosol Imager (TANSO-CAI) cloud screening are necessary for the retrieval of CO2 and CH4 gas concentrations for GOSAT TANSO-Fourier Transform Spectrometer (FTS) observations. In this study, TANSO-CAI cloud flag data were compared with ground-based cloud data collected by an all-sky imager (ASI) over Beijing from June 2009 to May 2012 to examine the data quality. The results showed that the CAI has an obvious cloudy tendency bias over Beijing, especially in winter. The main reason might be that heavy aerosols in the sky are incorrectly determined as cloudy pixels by the CAI algorithm. Results also showed that the CAI algorithm sometimes neglects some high thin cirrus cloud over this area. 展开更多
关键词 Greenhouse Gases Observing Satellite Thermal and Near-infrared Sensor for Carbon Observa-tion-Cloud and Aerosol imager all-sky imager CLOUD
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基于XGB算法及全天空成像仪图像的超短期DNI预测 被引量:1
7
作者 胡中 倪杭飞 +3 位作者 李伟 宓霄凌 白帆 王伊娜 《太阳能》 2022年第2期49-57,共9页
吸热器是塔式太阳能热发电站的核心设备,但云层短时间的遮挡和离开会使吸热器接收的太阳直接辐射(DNI)发生随机波动,造成吸热器表面受热发生剧烈变化,会影响塔式太阳能热发电站的安全运行。本文提出了一种基于极值梯度提升(eXtreme Grad... 吸热器是塔式太阳能热发电站的核心设备,但云层短时间的遮挡和离开会使吸热器接收的太阳直接辐射(DNI)发生随机波动,造成吸热器表面受热发生剧烈变化,会影响塔式太阳能热发电站的安全运行。本文提出了一种基于极值梯度提升(eXtreme Gradient Boosting,XGB)算法及全天空成像仪图像的超短期DNI预测方法。通过使用基于太阳位置的全天空成像仪标定方法,完成全天空成像仪的姿态校正和畸变矫正;对晴空背景参数进行拟合并建立晴空库,为云层的检测提供基础;通过对太阳及其临近区域进行插值修复,使1 min内的DNI预测成为可能;根据云的运动矢量,利用外推法得到未来云层可能会遮挡太阳的图像点,并提取图像特征,用于基于XGB算法的超短期DNI预测模型的训练,最后利用训练后的模型完成超短期DNI预测。 展开更多
关键词 塔式太阳能热发电站 全天空成像仪 晴空库 超短期DNI预测 XGB算法 云层检测
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基于多仪器观测的中国中纬区域MSTID长距离传播事件研究
8
作者 罗吉 徐寄遥 +3 位作者 吴坤 袁伟 王玮 张佼佼 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期901-912,共12页
电离层等离子体不规则结构通常会影响星地卫星的通信、导航及定位等,因此研究不规则体的结构特征和演化过程具有非常重要的科学意义和应用价值。中尺度电离层行进式扰动(MSTID)是一种常发于F层的电离层扰动,其演化过程十分复杂。本文利... 电离层等离子体不规则结构通常会影响星地卫星的通信、导航及定位等,因此研究不规则体的结构特征和演化过程具有非常重要的科学意义和应用价值。中尺度电离层行进式扰动(MSTID)是一种常发于F层的电离层扰动,其演化过程十分复杂。本文利用伊春和兴隆台站全天空气辉成像仪、Swarm卫星、佳木斯高频雷达以及漠河和十三陵台站数字测高仪观测数据,对2018年10月17日夜间出现在中国东北区域上空的MSTID事件进行分析。该MSTID事件传播时间较长,在气辉观测中持续时间超过4 h(12:02-16:23 UT),其波长范围为176.3~322.5 km,波速范围为67.0~154.1 m·s^(–1)。研究结果显示,该MSTID可能产生于较高的纬度,自东北向西南往中纬传播,依次经过伊春和兴隆台站的气辉观测区域。 展开更多
关键词 中尺度电离层行进式扰动 全天空气辉成像仪 高频雷达 SWARM 卫星 数字测高仪
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基于恒星辐射稳定性的全天空极光成像仪辐射定标方法
9
作者 韩冰 李国君 +1 位作者 胡泽骏 张义生 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期55-65,共11页
全天空极光成像仪是一种重要的地基极光观测设备,对全天空成像仪进行辐射参数定标能够获得全天空图像中极光结构在不同观测谱线上的真实激发强度,这对于空间物理过程的定量研究有着重要的意义。受到极区观测台站的条件限制,许多全天空... 全天空极光成像仪是一种重要的地基极光观测设备,对全天空成像仪进行辐射参数定标能够获得全天空图像中极光结构在不同观测谱线上的真实激发强度,这对于空间物理过程的定量研究有着重要的意义。受到极区观测台站的条件限制,许多全天空极光成像仪无法在观测现场进行辐射参数定标。为此,提出一种基于恒星辐射稳定性对全天空成像仪进行辐射参数定标的方法,把恒星作为"虚拟标准光源",利用全天空成像仪获取的星空图进行辐射定标,最终确定辐射强度-图像数值之间的辐射参数。利用更多的恒星亮度作为参考标准,以及电离层卫星探测到的极光沉降电子数据,结合GLOW模型计算的极光激发强度作为参考标准,对定标结果进行了两种不同方法的验证。结果显示,在恒星亮度验证中,恒星亮度偏差最大值为12.22%,平均偏差为4.624%;在卫星沉降粒子验证中,利用模型计算出的极光弧峰值强度与全天空观测获得极光弧峰值强度偏差最大值为11.30%,平均偏差为5.603%。两种验证结果相近,这表明本文所提定标方法是有效和可信的。 展开更多
关键词 测量 辐射定标 全天空成像仪 恒星辐射 GLOW模型
原文传递
地基热红外云高观测与云雷达及激光云高仪的相互对比 被引量:34
10
作者 章文星 吕达仁 《大气科学》 CSCD 北大核心 2012年第4期657-672,共16页
2008年5月至12月中美(美国能源部大气辐射测量(ARM)计划)联合利用ARM移动观测设施(AMF)在安徽省寿县进行了大气辐射综合观测试验,地基云参数观测仪器主要有:(1)云雷达(ARMW-band(95GHz)CloudRadar),观测结果为反射率廓线,时间分辨率为2s... 2008年5月至12月中美(美国能源部大气辐射测量(ARM)计划)联合利用ARM移动观测设施(AMF)在安徽省寿县进行了大气辐射综合观测试验,地基云参数观测仪器主要有:(1)云雷达(ARMW-band(95GHz)CloudRadar),观测结果为反射率廓线,时间分辨率为2s;(2)云高仪(Vaisala Ceilometer),观测结果为云底高度和后向散射廓线,时间分辨率为15s。两者均为天顶方向观测。扫描式全天空红外成像仪(SIRIS-1型)于11月27日~12月30日在寿县参加了观测,观测方式为全天空扫描,时间间隔为15分钟。三种云观测仪器共并行观测16天。利用全天空红外成像仪测得的天空红外亮温和同步观测的地面气象数据进行了等效云底高的反演。以全天空红外成像仪天顶方向观测时间前后15次云雷达反射率廓线的平均廓线,云高仪12次观测中有云时次云底高的平均值分别作为同步观测结果,利用平均反射率廓线进行了各层云的云底、云顶、回波峰值高度和回波积分值的提取和计算。三种观测仪器以10km云底高为限,共同步观测1661次,其中云雷达、红外成像仪和云高仪分别观测到云:428,287,225次。本文分3种情况:(1)全部有云观测情况,(2)单层云,(3)双层及三层云,分别进行了三个仪器观测云高的对比。对比结果:情况(1),云雷达与云高仪、云雷达与红外成像仪的相关系数分别为0.6和0.82;情况(2),三者共同观测75次,云雷达与红外成像仪相关系数为0.85,与云高仪相关系数为0.53,标准差分别为0.88和1.61km;情况(3),红外成像仪云底高绝大多数在云雷达观测的最上、最下层云之间,有时接近上层云,有时接近下层云。对比结果显示,地基热红外对于观测中低云高具有稳定、可靠、经济和便捷等优势,但观测结果较云雷达系统偏高。文中同时提出了初步的校正方法。 展开更多
关键词 扫描式红外成像仪 云雷达 云高仪 云底高
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基于机器学习的极光图像自动分割方法 被引量:9
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作者 杨秋菊 周朋辉 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期63-72,共10页
极光是太阳风能量注入到极区的指示器,从观测视野中准确分割出极光区域对研究极光演变如亚暴过程有非常重要的意义.本文基于全卷积神经网络提出了一种弱监督极光图像自动分割策略,数据标记时仅需指定极光区域的一个像素点即可,极大解决... 极光是太阳风能量注入到极区的指示器,从观测视野中准确分割出极光区域对研究极光演变如亚暴过程有非常重要的意义.本文基于全卷积神经网络提出了一种弱监督极光图像自动分割策略,数据标记时仅需指定极光区域的一个像素点即可,极大解决了机器学习人工标注数据的压力.首先利用简单单弧状极光图像训练一个初始分割模型Model 1,然后基于该模型,结合热点状和复杂多弧状极光图像获得一个增强的分割模型Model 2,最后对分割结果做进一步优化.本文对2003—2007年北极黄河站越冬观测的2715幅极光图像进行了分割,并和最新论文结果及人工标签进行了定量和定性比较,其中分割结果与人工标签的“交并比”高达60%,证明了本文方法的有效性. 展开更多
关键词 全天空极光图像 分割 全卷积神经网络
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多波段鱼眼镜头相机实验室几何定标方法
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作者 王彩霞 陈洪耀 +4 位作者 司孝龙 李鑫 李佳伟 张黎明 包诗薇 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期180-193,共14页
鱼眼镜头因其独特的曲率和光学特性,使用非相似成像模型拟合后,仍有接近10像素的径向残余畸变。研究了多波段鱼眼相机的定标原理、定标流程,在非相似成像模型基础上,提出了基于分离式精密二维转台的鱼眼镜头定标方法,并通过相机姿态位... 鱼眼镜头因其独特的曲率和光学特性,使用非相似成像模型拟合后,仍有接近10像素的径向残余畸变。研究了多波段鱼眼相机的定标原理、定标流程,在非相似成像模型基础上,提出了基于分离式精密二维转台的鱼眼镜头定标方法,并通过相机姿态位置精密调整与方位转台360°旋转,光斑像素位置始终不变的方法,确定相机主点。为分析色差对鱼眼镜头径向畸变的影响,采取不同波段单独定标的方法。利用不同时刻的太阳角度数据来验证镜头定标系数,结果显示天顶角与方位角的均方根误差分别为0.226°和0.487°。该方法有效实现了鱼眼镜头相机在不同波段的几何定标,提高了像素点与入射光线角度之间的匹配精度。 展开更多
关键词 鱼眼镜头 几何定标 畸变矫正 全天空成像 天空辐亮度分布
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利用扫描式红外亮温仪对天空云量的试验观测 被引量:5
13
作者 章文星 吕达仁 +3 位作者 宣越健 苏德斌 徐文静 霍娟 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第6期808-821,共14页
利用中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境探测实验室自主开发研制的全自动扫描式天空红外亮温仪,于2007年4—8月在北京市气象局南郊观象台进行了试验观测。利用获得的天空红外亮温数据和南郊观象台(54511站)实时地面气象数据,... 利用中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境探测实验室自主开发研制的全自动扫描式天空红外亮温仪,于2007年4—8月在北京市气象局南郊观象台进行了试验观测。利用获得的天空红外亮温数据和南郊观象台(54511站)实时地面气象数据,进行了天空云量的计算。将整点前30 min内观测的云量的平均值作为与观象台观测对应的整点观测云量,分不同情况与观象台目视观测结果进行了对比分析。结果表明:(1)对于中低云,两种观测的云量比较一致,但如果在此期间云消散或增加很快,则差别较大。其主要原因是观测的时间和方式不同所造成的。(2)对于以卷云为主的天空情况,特别是高层薄卷云的情况,两种观测的云量差别较大。原因是受到目前试验所使用的红外传感器低温测量范围的限制(-50℃),以及判定云的阈值算法目前还只对于中低云比较适用,对于卷云的判断能力比较薄弱。(3)对于天空情况比较复杂,以及能见度不好的情况(气象站目视云量记录为10-),两种观测的云量差别也很大。其差别既受到仪器性能的影响,也与观测员视力与经验有关。仪器受到最低测量温度的限制,反演算法也有其不确定性,而观测员在低能见度时的观测局限性亦是一个重要原因。利用SIRIS-1进行云量和云底高度观测的优点是时间分辨率高,且全天时自动化,但对于卷云的判断还较薄弱。 展开更多
关键词 全天空扫描红外成像仪 云自动化观测 云量 云底高
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双波段全天空云量观测系统研制及数据分析
14
作者 王依人 杨明 +5 位作者 刘达新 夏营威 谢婉怡 王洪坤 刘勇 刘东 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期199-209,共11页
为实现全天时、全天空云量观测,提出并研制了一种双波段全天空云量观测系统。该系统在可见光波段通过内置遮光装置和高动态范围(HDR)图像合成技术,可采集清晰完整的全天空图像,同时,其在红外波段的一次成像可获取160°视场范围天空... 为实现全天时、全天空云量观测,提出并研制了一种双波段全天空云量观测系统。该系统在可见光波段通过内置遮光装置和高动态范围(HDR)图像合成技术,可采集清晰完整的全天空图像,同时,其在红外波段的一次成像可获取160°视场范围天空图像,较传统扫描拼接式红外观测模式更加简单快捷。主要阐述了该系统在不同波段的全天空成像原理以及云图分割方法。从双波段云量观测数据的一致性和准确性两方面进行分析,验证了该系统在云量观测上具有较高的准确性。 展开更多
关键词 测量 全天空成像 地基云观测 红外 可见光
原文传递
一种全天相机云图的自动处理方法 被引量:2
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作者 魏诗雅 邱波 +3 位作者 曹子皇 范晓东 刘园园 穆永欢 《天文研究与技术》 CSCD 2019年第1期85-92,共8页
使用全天相机拍摄云图是现在天文界广泛使用的监测天空云量的方法。云量的估算结果对望远镜观测有重要的影响,目前对云量的估算完全由人工处理,费时、费力而且准确度不够高,判别过程也完全依赖个人的经验。为此,提出一种针对全天相机云... 使用全天相机拍摄云图是现在天文界广泛使用的监测天空云量的方法。云量的估算结果对望远镜观测有重要的影响,目前对云量的估算完全由人工处理,费时、费力而且准确度不够高,判别过程也完全依赖个人的经验。为此,提出一种针对全天相机云图的云量自动计算方法。首先针对多云和少云云图分别使用时间分割法和差分法去除云图中月亮影响区域;然后对去除月亮影响区域后的多云云图进行二值化处理,将云与背景进行分割,并使用基于灰度值的聚类算法对少云云图的云的厚薄进行量化分类;最后计算总云量,并依据30 m口径望远镜(Thirty Meters Telescope,TMT)判读全天相机云图的方法对云图进行自动分类。实验结果表明,该方法可提高云图判读效率,在有效解放人工的同时,也达到了平均值为76. 67%的识别准确率。 展开更多
关键词 全天相机云图 云量 30m口径望远镜
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用ASM/RXTE数据对Crab天区的直接解调成像 被引量:1
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作者 宋黎明 李惕碚 崔伟 《天体物理学报》 CSCD 1999年第1期27-32,共6页
利用对象重建的直接解调技术,对ASM/RXTE的模拟数据和Crab天区观测数据进行了成像分析.结果表明,借助于对象重建的直接解调技术,可以利用正在运行的X射线天文卫星RXTE上的全天监测器ASM实现硬X射线天空的成像.
关键词 X射线巡天 成像分析 解调成像 Crab天区
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