[發(fā)明專利]一種平坦地形下遙感輻亮度數(shù)據(jù)立方體的模擬方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910079811.4
• 申請日: 2009-03-12
• 公開（公告）號: CN101515038A
• 公開（公告）日: 2009-08-26
• 發(fā)明（設計）人: 趙慧潔;賈國瑞;李娜
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01S17/88
• 分類號: G01S17/88
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 王順榮;唐愛華

(一)技術領域

本發(fā)明涉及一種平坦地形下遙感輻亮度數(shù)據(jù)立方體的模擬方法，可用于在遙感器的設計階段生成其模擬機載或星載數(shù)據(jù)，從而服務于遙感器的應用能力預測和指標優(yōu)化設計、數(shù)據(jù)處理算法的開發(fā)和性能評價，是對地觀測領域的一項支撐技術。

(二)背景技術

為開展遙感器的成像質(zhì)量預測和性能指標優(yōu)化、數(shù)據(jù)處理算法的開發(fā)和效果評價，需要在特定成像條件下獲得的遙感數(shù)據(jù)。而在很多情況下，這種特定成像條件下的遙感數(shù)據(jù)難以通過真實飛行獲得，比如遙感器尚未完成制造、所需成像條件過于苛刻而無法實現(xiàn)或者所需采集的數(shù)據(jù)量過于巨大等。利用計算機仿真的方法生成模擬遙感數(shù)據(jù)，是一種有效的解決途徑。

遙感數(shù)據(jù)立方體是指含有遙感場景兩維空間及一維光譜信息的三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有的遙感數(shù)據(jù)立方體的模擬方法可以分為兩類：一是針對遙感場景的模擬方法，二是針對遙感器的模擬方法。

針對遙感場景的模擬方法通過建立離散的地面場景并模擬大氣輻射傳輸過程，得到遙感器高度處的離散光譜輻亮度分布。該類方法可以生成輻亮度數(shù)據(jù)立方體，但由于未考慮遙感器的成像過程，輻亮度數(shù)據(jù)立方體不對應實際遙感中所獲取的數(shù)據(jù)。

針對遙感器的模擬方法主要通過對已有的地面反射率數(shù)據(jù)立方體進行光譜維重采樣和空間維重采樣，模擬指定遙感器所獲取的反射率數(shù)據(jù)立方體。雖然在有些具體實現(xiàn)中還增加了調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)空間維退化和噪聲疊加操作，該類方法都對遙感器成像過程的模擬不夠全面，而且不包含對大氣傳輸過程的模擬，不符合實際遙感物理過程，其模擬數(shù)據(jù)的真實性較差。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是：提出一種平坦地形下遙感輻亮度數(shù)據(jù)立方體的計算機模擬方法，模擬過程全面包含了大氣輻射傳輸和遙感器成像的整個過程，符合實際遙感物理過程，其模擬數(shù)據(jù)的真實性高，相當于實際遙感中獲得的1級數(shù)據(jù)。

本發(fā)明一種平坦地形下遙感輻亮度數(shù)據(jù)立方體的模擬方法，其技術方案為：選擇與待模擬地面狀況相符合的已有地面反射率數(shù)據(jù)立方體作為模擬區(qū)域的地面反射率分布，利用大氣傳輸方程結(jié)合中等光譜分辨率大氣透過率計算模型(MODTRAN)模擬平坦地形下的大氣傳輸過程，建立遙感器成像和定標的等效模型模擬遙感器獲取數(shù)字圖像并定標的過程，最終生成遙感輻亮度數(shù)據(jù)立方體。其具體步驟如下：

(1)設定地面狀況、環(huán)境條件和遙感器性能指標三類模擬參數(shù)，其中遙感器性能指標包括：空間分辨率、各波段光譜響應函數(shù)、調(diào)制傳遞函數(shù)MTF、信噪比、動態(tài)范圍和量化位數(shù)；

(2)在已有的地面反射率數(shù)據(jù)立方體中，選擇與步驟(1)中設定的模擬參數(shù)相適應的數(shù)據(jù)，作為模擬區(qū)域的地面反射率數(shù)據(jù)立方體；

(3)利用步驟(2)中的地面反射率數(shù)據(jù)立方體，進行大氣傳輸模擬，得到遙感器入瞳處的輻亮度數(shù)據(jù)立方體；

(4)根據(jù)步驟(1)中設定的空間分辨率，對步驟(3)生成的數(shù)據(jù)進行空間維重采樣；

(5)根據(jù)步驟(1)中設定的各波段光譜響應函數(shù)，對步驟(4)生成的數(shù)據(jù)進行光譜維重采樣；

(6)根據(jù)步驟(1)中設定的MTF，對步驟(5)生成的數(shù)據(jù)進行空間維退化；

(7)根據(jù)步驟(1)中設定的信噪比，在步驟(6)生成的數(shù)據(jù)上疊加噪聲；

(8)根據(jù)步驟(1)中設定的動態(tài)范圍，對步驟(7)生成的數(shù)據(jù)進行飽和與截止處理；

(9)根據(jù)步驟(1)中設定的量化位數(shù)，對步驟(8)生成的數(shù)據(jù)進行量化，得到最終的遙感輻亮度數(shù)據(jù)立方體。

其中，步驟(2)中所述的與步驟(1)中設定的模擬參數(shù)相適應是指：數(shù)據(jù)中所含的地物狀況與設定的地面狀況相符合，其空間分辨率與設定的空間分辨率相同或者更高，其光譜分辨率與設定的各波段光譜響應函數(shù)所對應的光譜分辨率相同或者更高、其光譜范圍包含設定的各波段光譜響應函數(shù)對應的光譜范圍。

其中，步驟(3)中所述的大氣傳輸模擬是指根據(jù)大氣傳輸方程計算每一個像元對應的遙感器入瞳處的輻亮度光譜L：