[發(fā)明專利]一種光學(xué)儀器光譜響應(yīng)的訂正方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710121562.5
• 申請(qǐng)日: 2017-03-02
• 公開（公告）號(hào): CN106950185B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐娜;胡秀清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國家衛(wèi)星氣象中心
• 主分類號(hào): G01N21/31
• 分類號(hào): G01N21/31
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

本發(fā)明提供了一種光學(xué)儀器光譜響應(yīng)的訂正方法及裝置，包括：獲取進(jìn)行光譜響應(yīng)測(cè)量時(shí)的環(huán)境參數(shù)和光譜測(cè)量參數(shù)的步驟或模塊；根據(jù)所述環(huán)境參數(shù)和所述光譜測(cè)量參數(shù)計(jì)算目標(biāo)大氣路徑透過率的步驟或模塊；采用光譜響應(yīng)與所述目標(biāo)大氣路徑透過率的比值的方式來對(duì)光譜響應(yīng)進(jìn)行訂正的步驟或模塊。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)吸收通道光譜響應(yīng)測(cè)量的大氣污染進(jìn)行訂正，降低吸收氣體的吸收作用會(huì)對(duì)光譜測(cè)量產(chǎn)生影響，提高光學(xué)遙感器的測(cè)量精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)計(jì)量與測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光學(xué)儀器光譜響應(yīng)的訂正方法及裝置。

背景技術(shù)

光譜響應(yīng)是遙感儀器的重要參數(shù)，是光學(xué)部件反射和透射特性以及探測(cè)器件光譜響應(yīng)特性的綜合表現(xiàn)。它決定遙感器對(duì)輻射的光譜響應(yīng)特征，直接影響觀測(cè)到的地球目標(biāo)輻射及星上定標(biāo)裝置的反射或發(fā)射輻射。遙感器觀測(cè)資料的定量應(yīng)用都需要借助光譜響應(yīng)確定通道的模擬輻射。儀器的光譜響應(yīng)參數(shù)通過光譜定標(biāo)過程實(shí)現(xiàn)，通常以歸一化的光譜響應(yīng)函數(shù)(Spectral Response Function，SRF)的形式表示。隨著定量遙感應(yīng)用需求的提升以及儀器性能的改進(jìn)，對(duì)遙感器定標(biāo)精度的要求越來越高，輻射定標(biāo)精度的提高已難以滿足高精度定標(biāo)的要求，光譜定標(biāo)的精度也變得越發(fā)重要。特別是，對(duì)于寬光譜通道載荷，光譜響應(yīng)函數(shù)的光譜圖形和中心位置都對(duì)光譜定標(biāo)精度有重要影響。

確定光譜響應(yīng)函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方法是利用單色儀和標(biāo)準(zhǔn)光源測(cè)量遙感器光學(xué)系統(tǒng)對(duì)每個(gè)單色光源的響應(yīng)，這在衛(wèi)星入軌后很難實(shí)現(xiàn)。目前大部分在軌遙感器沒有用于光譜定標(biāo)的單色光源裝置，衛(wèi)星發(fā)射后通常采用發(fā)射前實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果來表征儀器在軌光譜響應(yīng)狀態(tài)，因此實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性直接影響在軌輻射定標(biāo)的精度。紅外光學(xué)零件及探測(cè)器件的光譜響應(yīng)與溫度有關(guān)，因此理想的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量應(yīng)該模擬遙感器的工作環(huán)境，即真空、低溫環(huán)境。通常，實(shí)驗(yàn)室會(huì)將遙感器置于輻射制冷器中利用液氮實(shí)現(xiàn)低溫工作條件，但是真空狀態(tài)卻很難實(shí)現(xiàn)。整個(gè)光譜定標(biāo)的光學(xué)系統(tǒng)暴露在外界環(huán)境中，大氣中CO₂、H₂O等氣體必然會(huì)對(duì)吸收通道SRF測(cè)量造成影響。如圖1所示，F(xiàn)Y-2D/E/F/G四顆衛(wèi)星吸收氣體通道的光譜響應(yīng)分布以及典型晴空大氣的TOA亮溫光譜分布。FY-2的吸收氣體通道為寬光譜通道，光譜范圍1.3μm，整個(gè)波段包含了吸收氣體吸收以及窗區(qū)光譜信息。由圖1可見，4顆衛(wèi)星的光譜響應(yīng)都存在顯著波動(dòng)，特別是FY-2D衛(wèi)星的峰谷波動(dòng)量級(jí)達(dá)到40％，這明顯不符合遙感器光譜響應(yīng)的物理分布特征。由于FY-2的實(shí)驗(yàn)室光譜定標(biāo)同樣是在大氣環(huán)境中進(jìn)行的，光譜響應(yīng)的這種波動(dòng)是由于吸收大氣污染造成的。

針對(duì)吸收大氣污染造成的光譜響應(yīng)波動(dòng)，目前訂正方法只能實(shí)現(xiàn)光譜中心位置的漂移調(diào)整，無法確定光譜響應(yīng)形狀的變化，僅靠平移不能完全消除光譜響應(yīng)波動(dòng)誤差的影響，而且殘余偏差具有明顯目標(biāo)依賴特性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種光學(xué)儀器光譜響應(yīng)的訂正方法及裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)吸收通道光譜響應(yīng)測(cè)量時(shí)的大氣污染進(jìn)行訂正，提高光學(xué)遙感器的測(cè)量精度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明提供了一種光學(xué)儀器光譜響應(yīng)的訂正方法，包括：

獲取進(jìn)行光譜響應(yīng)測(cè)量時(shí)的環(huán)境參數(shù)和光譜測(cè)量參數(shù)；

根據(jù)所述環(huán)境參數(shù)和所述光譜測(cè)量參數(shù)計(jì)算目標(biāo)大氣路徑透過率；

采用光譜響應(yīng)與所述目標(biāo)大氣路徑透過率的比值的方式來對(duì)光譜響應(yīng)進(jìn)行訂正。

進(jìn)一步的，所述環(huán)境參數(shù)包括：溫度T、吸收氣體濃度M和光學(xué)路徑長(zhǎng)度L；

所述光譜測(cè)量參數(shù)包括：光譜測(cè)量的采樣間隔H和單色儀半高寬分辨率FWHM。

進(jìn)一步的，所述根據(jù)所述環(huán)境參數(shù)和所述光譜測(cè)量參數(shù)計(jì)算目標(biāo)大氣路徑透過率，包括：

根據(jù)所述環(huán)境參數(shù)和所述光譜測(cè)量參數(shù)采用MODTRAN軟件計(jì)算多個(gè)大氣路徑透過率；