[發明專利]一種凝視衛星面陣CCD相機的絕對輻射定標方法

有效

• 申請號: 201410286005.5
• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN104089627B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 王愛春;傅俏燕;閔祥軍;陸書寧;潘志強;李曉進;韓啟金;張學文;劉李;李照洲
• 申請（專利權）人: 中國資源衛星應用中心
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 安麗

1.一種凝視衛星面陣CCD相機的絕對輻射定標方法，其特征在于步驟如下：

1)建立凝視衛星面陣CCD相機遙感圖像數據經過相對輻射校正后的數字DN值信息與凝視衛星面陣CCD相機的入瞳處輻射能量信息的線性定量關系；

DN_R(i,j)＝f_G[L(i,j)]

＝Gain×L(i,j)+Bias；

式中，i，j為面陣CCD相機的探元位置，i∈[1,K]，j∈[1,L]；K為面陣CCD相機的行探元總數，L為面陣CCD相機的列探元總數；DN_R(i,j)為探元(i,j)經過相對輻射校正后的數字DN值；L(i,j)為探元(i,j)的入瞳處輻射能量輻射值；Gain和Bias為面陣CCD相機的絕對輻射定標系數；

2)建立凝視衛星面陣CCD相機在海域成像上的入瞳處輻射能量模型；

L(i,j)＝L_R(i,j)+L_a(i,j)+L_Ra(i,j)+TL_g(i,j)+tL_w(i,j)+tL_wc(i,j)+L_b(i,j)；

式中，L_R(i,j)為探元(i,j)接收的大氣分子散射輻射能量；L_a(i,j)為探元(i,j)接收的氣溶膠散射輻射能量；L_Ra(i,j)為探元(i,j)接收的大氣與氣溶膠之間的多次散射輻射能量；T為光束直射透過率；L_g為探元(i,j)接收的太陽耀斑輻射能量；t為大氣漫射透過率；L_w為探元(i,j)接收的海域水體離水輻射能量；L_wc為探元(i,j)接收的海域水體白帽輻射能量；L_b為探元(i,j)接收的海域水底反射輻射能量；

3)凝視衛星面陣CCD相機在晨昏時微弱均勻的天空光下時，步驟2)中的凝視衛星面陣CCD相機在海域成像上的入瞳處輻射能量簡化為：

L(i,j)＝L_R(i,j)+L_a(i,j)+L_Ra(i,j)，記為L＝L_R+L_a+L_Ra；

4)分別計算各散射輻射能量L_R、L_a、L_Ra后，即可獲得晨昏海域微光成像時的面陣CCD相機入瞳處輻射能量L；

5)獲取相對輻射校正后的凝視衛星面陣CCD相機所有探元數字DN值的樣本均值，作為凝視衛星面陣CCD相機探元的平均數字DN值，記為DN_R；

6)將多天多次獲得的凝視衛星面陣CCD相機探元平均數字DN值DN_R與入瞳處輻射能量L進行線性擬合，計算獲得絕對輻射定標系數DN_R＝Gain×L+Bias。

2.根據權利要求1所述的一種凝視衛星面陣CCD相機的絕對輻射定標方法，其特征在于：步驟4)中各散射輻射能量L_R、L_a、L_Ra的具體計算方法為：

41)大氣分子散射輻射能量：

$L_R=\frac{w_R\frac{E_s}{d^2}{T}_{O_3}{\mathrm{\τ}}_R}{4{\mathrm{\π\μ}}_s}\×\{P_R\left({\mathrm{\Θ}}_{\↓}\right)+\[\mathrm{\ρ}\left({\mathrm{\μ}}_s\right)+\mathrm{\ρ}\left({\mathrm{\μ}}_v\right)\]P_R\left({\mathrm{\Θ}}_{\↑}\right)\};$

式中，w_R為瑞利散射的單次散射反照率，取為1；E_S為大氣外太陽光譜輻照度；

日-地距離校正因子

式中，J是儒略歷天數；μ_s＝cos(θ_s)為太陽天頂角θ_s的余弦；μ_v＝cos(θ_v)為衛星觀測天頂角θ_v的余弦；

臭氧上行和下行的總透射率

式中，為臭氧光學厚度；

瑞利光學厚度

${\mathrm{\τ}}_R=-(5.379\×{10}^{-9}\×H^2-1.198\×{10}^{-9}\×H+1)\×(8.64\×{10}^{-3}+6.5\×{10}^{-6}\×H)\×{\mathrm{\λ}}^{-\left(3.916+0.074\×\mathrm{\λ}+\frac{0.05}{\mathrm{\λ}}\right)};$

式中，H為成像區的海拔高度；λ為面陣CCD相機的等效中心波長；

入射光和反射光的相位角Θ_↓和Θ_↑通過如下公式計算獲得；

cos(Θ_↓↑)＝±cos(θ_s)cos(θ_v)-sin(θ_s)sin(θ_v)cos(φ_s-φ_v)；

入射光的瑞利相位函數

反射光的瑞利相位函數

菲涅爾的反射率

式中，μ＝μ_s或μ_v；n為大氣的折射率；φ_s和φ_v分別為太陽方位角和衛星觀測方位角；

42)氣溶膠散射輻射能量：

$L_a=\frac{w_a\frac{E_s}{d^2}{T}_{O_3}{\mathrm{\τ}}_a}{4{\mathrm{\π\μ}}_s}\×\{P_a\left({\mathrm{\Θ}}_{\↓}\right)+\[\mathrm{\ρ}\left({\mathrm{\μ}}_s\right)+\mathrm{\ρ}\left({\mathrm{\μ}}_v\right)\]P_a\left({\mathrm{\Θ}}_{\↑}\right)\}$

式中：w_a為氣溶膠散射的單次散射反照率，取為0.97；τ_a為氣溶膠光學厚度；P_a(Θ_↓)為入射光的氣溶膠相位函數通過公式(2)計算獲得，P_a(Θ_↑)為反射光的氣溶膠相位函數通過公式(2)計算獲得；

$\begin{array}{c}{P}_a\left({\mathrm{\Θ}}_{\↓\↑}\right)=a\×f({\mathrm{\Θ}}_{\↓\↑},g_1)+(1-a)\×f({\mathrm{\Θ}}_{\↓\↑},g_2)\\ f({\mathrm{\Θ}}_{\↓\↑},g)=\frac{1-g^2}{{\[1+g^2-2g\cos \left({\mathrm{\Θ}}_{\↓\↑}\right)\]}^{1.5}}\end{array}---\left(2\right)$

式中，g＝g₁或g₂；對于海洋性氣溶膠：a＝0.983,g₁＝0.82,g₂＝-0.55；

43)大氣與氣溶膠之間的多次散射輻射能量

log(L_a+L_Ra)＝A+B×log(L_a)+C×log²(L_a)

式中：A、B、C為確定的衛星成像幾何參數太陽天頂角θ_S、衛星觀測天頂角θ_V、太陽與衛星的方位角φ_s-φ_v下的氣溶膠散射輻射能量L_a和大氣與氣溶膠之間的多次散射輻射能量L_Ra與氣溶膠散射輻射能量L_a的系數。