[發明專利]一種熱紅外高光譜遙感數據在軌光譜定標方法

有效

• 申請號: 201610405821.2
• 申請日: 2016-06-12
• 公開（公告）號: CN106017678B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 謝鋒;劉成玉;邵紅蘭;王建宇;舒嶸
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉涉及對地觀測技術領域，特別是涉及一種以大氣吸收波段11.73μm為參考波段，對熱紅外高光譜遙感數據進行在軌光譜定標方法。

背景技術

傳感器成像環境變化所導致的光電器件變形、機械振動所導致的光電元件錯位以及光電元件本身的日久老化使得傳感器每個波段的中心波長和半高全寬(Full width at half maximum，FWHM)隨成像環境變化會發生較大的系統性漂移。因此，實驗室光譜定標所獲取的中心波長和半高全寬并不能完全代表航空遙感數據獲取時傳感器的中心波長和半高全寬。尤其是傳感器各個波段的中心波長極容易受到光電器件變形和機械振動的影響而產生偏移，進而影響發射率和溫度的反演精度。尤其是在大氣吸收波段附近的發射率反演精度，它很容易受到中心波長偏移的影響。

目前，對于高光譜遙感數據的光譜定標研究主要集中于基于場景的可見光、近紅外和短波紅外譜段的高光譜遙感數據光譜定標。基于場景的光譜定標原理主要是假設傳感器的光譜響應函數(Spectral response function，SRF)為高斯函數，比較模擬數據與原始數據在氧氣吸收波段(760nm)、水汽吸收波段(940nm，1140nm)和二氧化碳吸收波段(2060nm)及其附近光譜的差異，并調整模擬數據的中心波長和FWHM，直至二者差異最小，最終得到準確的中心波長和FWHM。按照最終的目標不同，這些光譜定標方法可以分為三類，一是在對比過程中，假設SRF和FWHM不變(使用實驗室定標結果)，只求正確的中心波長；二是假設SRF為高斯函數，同時改變中心波長和FWHM，最終求得正確的中心波長和FWHM；三是假設中心波長和FWHM改變很小，選擇不同類型的SRF得到模擬光譜，并與原始數據比較，最終求得最優的SRF。除了直接比較模擬數據與原始數據之外，也有學者提出通過調整中心波長和FWHM，計算大氣輻射傳輸方程中的參數，并反演反射率，直至所反演的反射率曲線中尖峰消失，得到正確的中心波長和FWHM。。有學者嘗試分別用8-13μm內21個水汽吸收波段對SEBASS(Spatially enhanced broadband array spectrograph system)熱紅外(7.3-13.6μm，128波段)高光譜成像儀獲取的航空熱紅外高光譜遙感數據進行了光譜定標，光譜定標所用大氣模擬程序為FASCODE。光譜定標結果顯示，采用基于場景的光譜定標方法對中心波長的變化更敏感，對FWHM的變化相對不敏感，SEBASS數據的中心波長偏移在±0.5個波段寬度內。總體來說，由于熱紅外高光譜傳感器較少，實際獲取的數據也較少，導致了對于熱紅外高光譜遙感數據的光譜定標的關注相對較少，還沒有實用化的在軌光譜定標技術。隨著對地觀測對熱紅外高光譜數據的迫切需求，也必將需要實用化的熱紅外高光譜遙感數據在軌光譜定標技術。

發明內容

針對現有的技術空白和缺點，本發明所要解決的技術問題是提供一種準確性好，速度快，易操作的熱紅外高光譜數據在軌定標方法。

為了解決上述技術問題，本發明提供的一種熱紅外高光譜遙感數據在軌光譜定標方法，其特點是，光譜定標方法的步驟如下：

1)將熱紅外高光譜遙感數據獲取時的大氣參數、成像參數輸入MODTRAN5.3大氣輻射傳輸模擬軟件得到模擬的1nm超高分辨率入瞳輻射亮度光譜。輸入的大氣參數主要有大氣模型、水汽含量、氣溶膠模型、氣象視距等。輸入的成像參數主要有傳感器高度、觀測天頂角、觀測方位角、地表高程、地表反射率(ρ_s)、地表溫度(T_s)等。一般對于熱紅外遙感來說，輸出的1nm分辨率的輻射亮度光譜所覆蓋譜段范圍為7.0-14.0μm；

2)以實驗室光譜定標獲得的中心波長λ_i和FWHMΔλ_i為初始值，不斷調整中心波長(λ_i+δλ_i)和FWHM(Full width at half maximum，FWHM)(Δλ_i+δΔλ_i)對超高分辨率入瞳輻射亮度光譜進行卷積運算，得到模擬的傳感器入瞳輻射亮度光譜。模擬的入瞳輻射亮度計算方法為：