[發明專利]一種面向寬波段熱紅外傳感器的地表溫度反演方法

有效

• 申請號: 202010607851.8
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111707376B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 周紀;李明松
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發明公開了一種面向寬波段熱紅外傳感器的地表溫度反演方法。本發明的主要步驟為：首先通過寬波段熱紅外傳感器獲取觀測數據時，將寬波段光譜響應函數以設定的固定間隔分割為多個窄通道，然后根據各窄通道獲得的輻射能量，建立輻射能量與寬波段熱紅外傳感器獲取的亮度溫度的公式，最后通過求解步驟建立的公式，即可獲得地表溫度。本發明的有益效果是：本發明提出的反演方法采用傳感器光譜響應范圍內的多個等效波長代入輻射傳輸方程和普朗克黑體輻射方程對LST進行求解，從而實現提高LST的反演精度和確保LST反演的實施簡易性。

技術領域

本發明屬于熱紅外遙感技術領域，具體涉及一種面向寬波段熱紅外傳感器的地表溫度反演方法。

背景技術

地表溫度(land surface temperature，LST)一種表征地表輻射特性以及地表與大氣之間能量交換的重要參數。LST廣泛應用于氣候、環境、農業等研究領域。寬波段熱紅外傳感器常置于地面或低空，對地表的亮度溫度進行觀測。由于受大氣影響較小，地面獲取的LST可驗證衛星遙感LST產品。從低空無人機或有人機的熱像儀數據可以得到目標區域內高空間分辨率和高時間分辨率的LST圖像。將地表與低空觀測的LST相結合，則有助于分析異質性下墊面的輻射特性，進而促進異質性下墊面衛星遙感LST驗證。因此，從地面和低空觀測數據中反演高精度LST對相關研究尤為重要。

目前，針對單通道傳感器的地表溫度反演方法主要有兩種類型：(1)采用面向單通道的反演方法：此類方法主要借助輻射傳輸方法或其簡化方法近似剔除大氣影響，并代入通過光譜響應函數在響應波段內積分計算得到的等效波長求解LST。這類方法操作上比較簡單，但是應用于寬波段熱紅外傳感器的觀測數據時，LST反演精度較低。(2)查找表方法：此類方法借助于輻射傳輸模型，代入多種大氣廓線和地表發射率等數據，建立LST與傳感器觀測亮度溫度之間的對應關系，這種方法的問題在于，實施過程復雜且高度依賴于傳感器光譜響應特征，建立查找表過程需要大量的模擬計算，而且對于不同傳感器需要建立不同的查找表。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種從寬波段熱紅外傳感器的觀測數據中簡易地反演出高精度LST的方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種面向寬波段熱紅外傳感器的地表溫度反演方法，包括以下步驟：

S1、將寬波段熱紅外傳感器的光譜響應函數以設定的固定間隔分割為多個窄通道，每個窄通道的等效波長為：

式中，λ_i為第i個窄通道的等效波長，單位μm；λ₁和λ₂為窄通道i的起止波長；f(λ)為波長λ處的光譜響應函數；

S2、根據各窄通道獲得的輻射能量，建立輻射能量與寬波段熱紅外傳感器獲取的亮度溫度T_sen的公式：

其中，n是窄通道的數量，為第i個窄通道的輻射亮度，B_λ(T_s)為地表溫度是T_s時的地表輻亮度，單位W/(m²·sr·μm)，τ為大氣透過率，L^↓和L^↑是大氣下行輻射和大氣上行輻射，單位是W/(m²·sr·μm)，L^solar表示傳感器觀測到的由太陽貢獻的輻亮度，b是比例系數，b≈a_jT²+b_jT+c_j，a、b、c為傳感器j所對應的系數，σ為斯特藩-玻爾茲曼常數，取值5.67×10^-8W·m^-2·K^-4，△λ_i為等效波段寬度：

f_i(λ)是傳感器在第i個窄通道內的光譜響應函數；