[發明專利]基于中波紅外反射率基準的光學通道在軌定標驗證方法

有效

• 申請號: 201810264534.3
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN108680534B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 林沂;趙帥陽;晏磊;胡興幫;李延飛;景欣
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01N21/55
• 分類號: G01N21/55
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 余長江

本發明提供了基于中波紅外(3～5μm)反射率基準的光學通道在軌定標驗證方法。主要包括：A)利用中波紅外高精度在軌定標特性，系統構建以中波紅外通道反射率為基準的波段間在軌定標驗證模型、理論與方法；B)以海洋耀斑區為驗證場景，以中波紅外通道大氣層頂反射率為參考基準的進行波段間在軌定標驗證。本發明為全譜段傳感器在軌輻射定標與驗證提供新途徑，為提高航天載荷定量化水平提供有效驗證手段。

技術領域

本發明涉及遙感技術領域，特別是關于一種利用中波紅外通道高精度在軌定標特性，構建基于中波紅外通道反射率基準的光學通道在軌定標驗證方法。

背景技術

絕對輻射定標是使用光學儀器獲取地物信息的質量保證，分析衛星傳感器輻射性能在軌衰變情況，有助于跟蹤評估傳感器的定標精度并進行衰減訂正，保證傳感器在軌運行期間數據產品的質量和定標穩定性。

即使飛行前的定標工作已經做得足夠好，傳感器在發射階段仍然會由于震動、空氣-真空轉換等方面導致性能的改變。在軌運行期間，傳感器本身由于受到紫外線、原子氧和質子的剝蝕或強烈照射，也會導致退化。對于搭載有在軌定標系統的衛星傳感器，定標系統光纖自身或是太陽漫反射板的退化也會使得傳感器的輻射性能精度和穩定性難以保證。

以上這些問題，都使衛星傳感器輻射性能隨著發射時間的推移逐漸退化成為一個非常常見的現象，尤其是在光學通道(也稱反射太陽波段，Reflective Solar Band,RSB)退化現象更為嚴重。因此，在飛行中對傳感器輻射性能進行持續監測是必要且迫切的，研究獨立于在軌定標系統的驗證方法，對定標結果進行驗證和在軌性能進行評價具有重要的意義。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種利用中波紅外通道高精度在軌定標特性，構建基于中波紅外通道反射率基準的光學通道在軌定標驗證的方法。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案。

基于中波紅外反射率基準光學通道在軌定標驗證方法，包括以下步驟：

選定海水耀斑區作為定標驗證場景，選定VIIRS中波紅外通道數據作為定標驗證參考基準通道反射率；

根據VIIRS中波紅外通道數據，計算大氣層頂中波紅外通道反射率并評價其精度，作為定標驗證模型的基準；

構建基準通道和待評價光學通道反射率關系；通過大氣輻射傳輸模型將該關系傳輸至大氣層頂，得到大氣層頂基準通道反射率與待評價光學通道的反射率線性關系；根據前述定標驗證模型的基準計算待評價光學通道的大氣層頂理論反射率(Theoretical TOAreflectance)；

將待評價光學通道的大氣層頂理論反射率值與遙感影像觀測的大氣層頂反射率(Observed TOA reflectance)比較，得到VIIRS光學通道的大氣層頂反射率偏差。

進一步地，作為定標驗證場景的海水耀斑區為深海洋面區域。

進一步地，選定VIIRS中波紅外通道數據作為定標驗證參考基準包括；M12中波紅外通道作為波段間定標驗證模型的參考基準，M13通道輔助M12通道計算海表反射率；M5、M7、M8和M10四個通道作為待評價光學通道。

進一步地，根據VIIRS中波紅外通道數據，計算大氣層頂中波紅外通道反射率包括：

使用M15通道大氣層頂的亮度溫度近似為大氣層頂溫度插入到M12通道的普朗克公式中來計算M12中波紅外通道大氣層頂的發射能量：

式中，是波長3.7μm處的大氣層頂對應的黑體發射輻亮度，單位：W/(m²·sr·μm)，T₁₅是M15通道大氣層頂亮溫，單位是K；

在此基礎上計算M12通道的大氣層頂發射能量：