[發明專利]一種在軌運行的寬波段衛星遙感器的光譜響應獲取方法

有效

• 申請號: 201710079765.2
• 申請日: 2017-02-15
• 公開（公告）號: CN106940219B
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: 陳正超;張兵;張浩;張文娟;高建威;李柏鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院遙感與數字地球研究所
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所 11309
• 代理人: 陳霽

1.一種在軌運行寬波段衛星遙感器的光譜響應獲取方法，其特征在于，不依賴于衛星發射前的實驗室測試數據和衛星發射后的星上光譜定標數據，利用衛星自身和同步影像及觀測條件參數來計算獲取衛星遙感器光譜響應，實現對在軌運行寬波段遙感器光譜響應的實際測量和更新，具體包括以下步驟：

A.根據遙感器成像原理，確定光譜響應在遙感器入瞳輻亮度和遙感圖像DN值之間轉換過程中的能量傳遞關系；

B.依據光譜響應在遙感信號轉換過程中的作用和光譜響應具有的曲線特性，將其分解為高斯函數形式的快變函數和待求的慢變函數，建立光譜響應的物理模型和解算方程；

C.在Philips光滑約束條件和在上述步驟B中光譜響應解算方程解的2階導數平方和最小的條件下，綜合得到光譜響應解的表達式；根據終得到光譜響應解的表達式，采用迭代方法計算其最優解，該最優解即為遙感器的光譜響應解算值；

D.依據上述A－C的原理和方法，用已知光譜響應遙感器為實驗對象，從光譜庫中選取在待解算遙感器波段范圍內差異較大的不同地物光譜；依據輻射傳輸方程，模擬得到上述步驟C中光譜響應解算方程的觀測樣本；通過改變方程觀測樣本條件，分析建立觀測樣本個數、觀測樣本之間的相關性、以及待求解光譜響應被離散的個數與最終解算獲取的光譜響應函數之間的內在聯系，并形成利用同步衛星影像進行光譜響應解算的先驗知識；

E.獲取待解算寬波段衛星遙感器衛星影像、同步高光譜遙感影像、同步測量大氣參數、待解算衛星和參考高光譜衛星的觀測條件參數，依據上述D中獲取的先驗知識，采用交叉輻射定標的方法，利用同步的高光譜影像計算得到待解算遙感器衛星影像的入瞳輻亮度；以計算得到的入瞳輻亮度和待解算遙感器圖像DN值為解算樣本，按照上述步驟A的方法計算得到待解算遙感器的光譜響應。

2.根據權利要求1所述的在軌運行寬波段衛星遙感器的光譜響應獲取方法，其特征在于所述步驟A－C中，基于遙感器成像原理，采用數學優化的方法推導建立了一種基于同步高光譜圖像的光譜響應獲取方法，具體步驟包括：

1)根據遙感器成像原理，建立遙感器入瞳輻亮度g(λ)和遙感圖像DN值之間的定量函數關系，該函數關系中包含了遙感器入瞳輻亮度g(λ)與遙感器歸一化光譜響應s'(λ)之間的積分運算；

2)依據光譜響應的特性，將s'(λ)分解為已知的高斯函數形式的快變函數h(λ)和待求的慢變函數f(λ)，即s'(λ)＝h(λ)f(λ)；

3)綜合上述步驟1)、2)中的函數關系，得到光譜響應解算模型，D_i＝A_ijf+ε，其中ε為誤差向量，D_i＝DN_i是DN值向量，f是慢變函數f(λ)的離散化向量；

4)按照Philips光滑約束條件，使上述3)得到的光譜響應解算模型D_i＝A_ijf+ε解的2階導數平方和最小，該模型解Q通過最小化性能函數得到其中γ是Lagrange光滑因子，為非負值；

5)求Q對f的導數，可得，-A^TC^-1ε+γHf＝0，其中C_ij是觀測值的協方差矩陣C的元素，如果觀測值之間相互獨立，C是單位矩陣；H是光滑矩陣；

6)綜合上述步驟4)和5)所得公式，最終得到光譜響應解的表達式為f＝(A^TC^-1A+γH)^-1A^TC^-1D；

7)采用迭代方法計算上述步驟6)所述的光譜響應解的最優解。