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本发明提供了一种基于深度卷积神经网络的时空卫星图像融合方法。所述基于深度卷积神经网络的时空卫星图像融合方法包括如下步骤：训练阶段：选取对应的Landsat图像和MODIS图像形成Landsat‑MODIS图像对，并对Landsat图像进行下采样，得到接近MODIS空间分辨率的LSR Landsat图像，根据Landsat图像、MODIS图像和LSR Landsat图像的组合进行训练，并分别得到非线性映射CNN网络和超分辨率重建CNN网络；预测阶段：分别选取日期t1和t3的Landsat‑MODIS图像对，基于训练阶段得到的非线性映射CNN网络和超分辨率重建CNN网络，预测位于日期t1和t3之间的日期t2的Landsat预测图像。