CN105737980B - 辐射定标方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供一种辐射定标方法及装置,获取A地的辐射参数值与待定标仪器的测量值并建立二者之间的多项式拟合关系,得到待定标仪器的A地定标系数,获取B地的辐射参数值与待定标仪器的测量值,并根据待定标仪器的A地定标系数,建立B地的辐射参数值与待定标仪器的测量值之间的多项式拟合关系,得到待定标仪器的B地定标系数。本方法及装置引入了基准仪器测量到的辐射参数,在A地获取了待定标仪器的定标系数,并以此来修正B地的定标系数,提高了待定标仪器的定标精度。
Description
技术领域
本发明涉及遥感技术领域,尤其涉及一种辐射定标方法及装置。
背景技术
精确的辐射定标是气象卫星定量化应用的基础。由于不是所有的卫星都具有星上定标装置,而卫星发射上天后的在轨测试阶段需要用到卫星仪器的辐射定标系数来进行产品测试等方面的工作。因此需要在发射前来确定卫星仪器的辐射定标系数供后续的辐射定标评估和产品生成等方面的测试工作使用。目前的发射前外场定标的方法精度很大程度上受限于天气状况,往往达不到精确定量应用的客观需求和对仪器特性进行精确分析的程度。如果这些传感器的精确参数在发射前不能有效测量得到,那么卫星上天后,更无法得到相关的信息,从而对对定量应用带来不利的影响。目前风云卫星外场仪器定标方法采用的是基于太阳辐射的Langley法,即假设大气条件满足Beer-Bouguer定律,在仪器测量太阳直射的情况下,对数坐标系下,可以将仪器信号、大气质量建立起线性关系,推算到大气层外界的太阳辐射值,从而获取定标系数。因为Langley法的限制,这一方法对大气质量的稳定性要求很高,而且只能获取仪器的线性定标系数,定标精度不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种辐射定标方法及装置,旨在解决普通辐射定标方法定标精度不高的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种辐射定标方法,包括:
获取辐射参数值R与待定标仪器的测量值M;
建立辐射参数值R与待定标仪器的测量值M之间的拟合关系,得到待定标仪器的定标系数K。
一种辐射定标方法,包括:
获取A地的辐射参数值RA与待定标仪器的测量值MA;
建立A地的辐射参数值RA与待定标仪器的测量值MA之间的P次项拟合关系,P是自然数,P≥2,得到待定标仪器的A地定标系数,用矩阵KA表示,KA=[kPkP-1...ki...k2k1Ak0A],ki(i是自然数,2≤i≤P)是i次项定标系数,k1A是A地一次项定标系数,k0A是A地零次项定标系数;
获取B地的辐射参数值RB与待定标仪器的测量值MB;
根据所述待定标仪器的A地定标系数KA,约束建立B地的辐射参数值RB与待定标仪器的测量值MB之间的P次项拟合关系,得到待定标仪器的B地定标系数,用矩阵KB表示,KB=[kPkP-1...ki...k2k1Bk0B],ki(i是自然数,2≤i≤P)是i次项定标系数,k1B是B地一次项定标系数,k0B是B地零次项定标系数。
在此基础上,进一步地,P=2。
在上述任意实施例的基础上,进一步地,还包括:
根据待定标仪器的B地定标系数KB,取其一次项定标系数和零次项定标系数组合为修正后的定标系数,用矩阵K修正表示,K修正=[k1Bk0B]。
在上述任意实施例的基础上,进一步地,所述辐射参数为辐亮度或反射率。
在上述任意实施例的基础上,进一步地,采用基准辐射计来获取A地的辐射参数值RA。
在上述任意实施例的基础上,进一步地,获取B地的辐射参数值RB的方法可以为星上定标、交叉定标、月球定标、多场地定标和深对流云定标中的一种或多种。
一种辐射定标装置,包括:
第一获取模块,用于获取A地的辐射参数值RA与待定标仪器的测量值MA;
第一数据处理模块,用于建立A地的辐射参数值RA与待定标仪器的测量值MA之间的P次项拟合关系,P是自然数,P≥2,得到待定标仪器的A地定标系数,用矩阵KA表示,KA=[kPkP-1...ki...k2k1Ak0A],ki(i是自然数,2≤i≤P)是i次项定标系数,k1A是A地一次项定标系数,k0A是A地零次项定标系数;
第二获取模块,用于获取B地的辐射参数值RB与待定标仪器的测量值MB;
第二数据处理模块,用于根据所述待定标仪器的A地定标系数KA,约束建立B地的辐射参数值RB与待定标仪器的测量值MB之间的P次项拟合关系,得到待定标仪器的B地定标系数,用矩阵KB表示,KB=[kPkP-1...ki...k2k1Bk0B],ki(i是自然数,2≤i≤P)是i次项定标系数,k1B是B地一次项定标系数,k0B是B地零次项定标系数。
在此基础上,进一步地,P=2。
在此基础上,进一步地,所述第二数据处理模块还用于根据待定标仪器的B地定标系数KB,取其一次项定标系数和零次项定标系数组合为修正后的定标系数,用矩阵K修正表示,K修正=[k1Bk0B]。
本发明的有益效果是:
本发明的目的是提供一种辐射定标方法及装置,获取A地的辐射参数值与待定标仪器的测量值并建立二者之间的多项式拟合关系,得到待定标仪器的A地定标系数,获取B地的辐射参数值与待定标仪器的测量值,并根据待定标仪器的A地定标系数,建立B地的辐射参数值与待定标仪器的测量值之间的多项式拟合关系,得到待定标仪器的B地定标系数。本方法及装置引入了基准仪器测量到的辐射参数,在A地获取了待定标仪器的定标系数,并以此来修正B地的定标系数,提高了待定标仪器的定标精度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1示出了本发明实施例提供的一种辐射定标方法的流程图;
图2示出了本发明实施例提供的一种辐射定标方法的流程图;
图3示出了本发明实施例提供的一种辐射定标装置的结构示意图;
图4示出了本发明实施例提供的风云三号卫星中分辨率光谱成像仪MERSI的辐射定标方法的流程图;
图5A到图5Q示出了本发明实施例提供的风云三号卫星中分辨率光谱成像仪FY3C/MERSI的17个太阳反射波段外场试验的DN与基准辐射计ASD测量反射率的散点图及其线性拟合和二次项拟合;
图6示出了本发明实施例提供的FY3C/MERSI水汽产品在不采用非线性系数和采用发射前非线性系数的散点图及其拟合。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
具体实施例一
如图1所示,本发明实施例提供了一种辐射定标方法,包括:
步骤S101,获取辐射参数值R与待定标仪器的测量值M;
步骤S102,建立辐射参数值R与待定标仪器的测量值M之间的拟合关系,得到待定标仪器的定标系数K。
本发明实施例提供了一种辐射定标方法,获取辐射参数值与待定标仪器的测量值并建立二者之间的拟合关系,得到待定标仪器的定标系数。这样做的好处是,在尽可能多的采样点的前提下,可以达到较高的定位精度。
具体实施例二
如图2所示,本发明实施例提供了一种辐射定标方法,包括:
步骤S201,获取A地的辐射参数值RA与待定标仪器的测量值MA;
步骤S202,建立A地的辐射参数值RA与待定标仪器的测量值MA之间的P次项拟合关系,P是自然数,P≥2,得到待定标仪器的A地定标系数,用矩阵KA表示,KA=[kPkP- 1...ki...k2k1Ak0A],ki(i是自然数,2≤i≤P)是i次项定标系数,k1A是A地一次项定标系数,k0A是A地零次项定标系数;
步骤S203,获取B地的辐射参数值RB与待定标仪器的测量值MB;
步骤S204,根据所述待定标仪器的A地定标系数KA,约束建立B地的辐射参数值RB与待定标仪器的测量值MB之间的P次项拟合关系,得到待定标仪器的B地定标系数,用矩阵KB表示,KB=[kPkP-1...ki...k2k1Bk0B],ki(i是自然数,2≤i≤P)是i次项定标系数,k1B是B地一次项定标系数,k0B是B地零次项定标系数。
本发明实施例提供了一种辐射定标方法,获取A地的辐射参数值与待定标仪器的测量值并建立二者之间的P次项拟合关系,得到待定标仪器的A地定标系数,获取B地的辐射参数值与待定标仪器的测量值,并根据待定标仪器的A地定标系数,约束建立B地的辐射参数值与待定标仪器的测量值之间的P次项拟合关系,得到待定标仪器的B地定标系数。本方法引入了基准仪器测量到的辐射参数,在A地获取了待定标仪器的定标系数,并以此来修正B地的定标系数,提高了待定标仪器的定标精度。A地可以是外场,B地可以是卫星上天后的轨道,这时,B地定标系数即在轨辐射定标系数。采用多项式回归的拟合方式,相对于传统的线性回归拟合来说,可以更好的响应待定标仪器的非线性特征,克服了以往线性定标的弊端,特别是针对一些有着非线性效应的仪器有很好的改进效果,有效提高了其定标精度。
在此基础上,进一步地,P=2。P=2时,建立A地的辐射参数值RA与待定标仪器的测量值MA之间的二次项拟合关系,得到待定标仪器的A地定标系数,用矩阵KA表示,KA=[k2k1Ak0A],根据待定标仪器的A地定标系数KA,建立B地的辐射参数值RB与待定标仪器的测量值MB之间的二次项拟合关系,得到待定标仪器的B地定标系数,用矩阵KB表示,KB=[k2k1Bk0B]。采用二次项回归的拟合方式,相对于传统的线性回归拟合来说,可以更好的响应待定标仪器的非线性特征,这样做的好处是,可以提高定标精度。相对于多项式回归来说,二次项回归的精度虽然相对较低,但计算量小,因此数据处理效率更高,在高阶次项的系数很小的情况下,其定标精度已经足够高。
在上述任意实施例的基础上,进一步地,还可包括:
根据待定标仪器的B地定标系数KB,取其一次项定标系数和零次项定标系数组合为修正后的定标系数,用矩阵K修正表示,K修正=[k1Bk0B]。
A地可以是外场也可以是实验室,B地可以是卫星上天后的轨道,这时,B地定标系数即在轨辐射定标系数。取其一次项定标系数和零次项定标系数组合可得修正后的定标系数。采用修正后的定标系数的拟合误差,与未修正过定标系数的拟合误差相比来说,修正定标系数后的拟合误差较小,因此定标精度得到提高,这是因为能够响应待定标仪器的非线性特征。
在上述任意实施例的基础上,进一步地,辐射参数可以为辐亮度或反射率。
辐亮度和反射率是常见的辐射参数,易于检测。
在上述任意实施例的基础上,进一步地,可以采用基准辐射计来获取A地的辐射参数值RA。
基准辐射计是经过实验室严格辐射定标后的常见的测量辐射通量的仪器。
在上述任意实施例的基础上,进一步地,获取B地的辐射参数值RB的方法可以为星上定标、交叉定标、月球定标、多场地定标和深对流云定标中的一种或多种。
具体实施例三
如图3所示,本发明实施例提供了一种辐射定标装置,包括:
第一获取模块301,用于获取A地的辐射参数值RA与待定标仪器的测量值MA;
第一数据处理模块302,用于建立A地的辐射参数值RA与待定标仪器的测量值MA之间的P次项拟合关系,P是自然数,P≥2,得到待定标仪器的A地定标系数,用矩阵KA表示,KA=[kPkP-1...ki...k2k1Ak0A],ki(i是自然数,2≤i≤P)是i次项定标系数,k1A是A地一次项定标系数,k0A是A地零次项定标系数;
第二获取模块303,用于获取B地的辐射参数值RB与待定标仪器的测量值MB;
第二数据处理模块304,用于根据所述待定标仪器的A地定标系数KA,约束建立B地的辐射参数值RB与待定标仪器的测量值MB之间的P次项拟合关系,得到待定标仪器的B地定标系数,用矩阵KB表示,KB=[kPkP-1...ki...k2k1Bk0B],ki(i是自然数,2≤i≤P)是i次项定标系数,k1B是B地一次项定标系数,k0B是B地零次项定标系数。
本装置引入了基准仪器测量到的辐射参数,在A地获取了待定标仪器的定标系数,并以此来修正B地的定标系数,提高了待定标仪器的定标精度。采用多项式回归的拟合方式,相对于传统的线性回归拟合来说,可以更好的响应待定标仪器的非线性特征,有效提高了其定标精度。
在此基础上,进一步地,P=2。P=2时,第一数据处理模块302建立A地的辐射参数值RA与待定标仪器的测量值MA之间的二次项拟合关系,得到待定标仪器的A地定标系数,用矩阵KA表示,KA=[k2k1Ak0A],根据待定标仪器的A地定标系数KA,第二数据处理模块建立B地的辐射参数值RB与待定标仪器的测量值MB之间的二次项拟合关系,得到待定标仪器的B地定标系数,用矩阵KB表示,KB=[k2k1Bk0B]。采用二次项回归的拟合方式,相对于传统的线性回归拟合来说,可以更好的响应待定标仪器的非线性特征,这样做的好处是,可以提高定标精度。相对于多项式回归来说,二次项回归的精度虽然相对较低,但计算量小,因此数据处理效率更高,在高阶次项的系数很小的情况下,其定标精度已经足够高。
在此基础上,进一步地,第二数据处理模块304还可用于根据待定标仪器的B地定标系数KB,取其一次项定标系数和零次项定标系数组合为修正后的定标系数,用矩阵K修正表示,K修正=[k1Bk0B]。
具体实施例四
如图4所示,本发明实施例提供了风云三号卫星中分辨率光谱成像仪MERSI的辐射定标方法,包括:
步骤S401,选择基准辐射计,基准仪器在试验前经过低温辐射计和基准积分球的辐射定标测量,保证其辐射不确定度在2%以内;
步骤S402,将基准辐射计与待定标仪器固定,同时同角度观测参考板;选择遮挡板,使遮挡板阴影能挡住参考板,基准辐射计与待定标仪器同时进行一次天空散射光测量,记做R挡1;放开遮挡板,同时进行一次全天空光的测量,记做R不挡,再抬起遮挡板进行一次天空散射光的测量,记做R挡2;
步骤S403,基准辐射计与待定标仪器同时观测到参考板向上反射辐射;记录下基准辐射计辐亮度L和待定标仪器的计数值DN;
步骤S404,将基准辐射计的辐亮度L卷积到待定标仪器的光谱响应通道上;采用二次项回归的方式,将基准辐射计的辐亮度L与待定标仪器的DN建立拟合关系,获取待定标仪器的二次项定标系数k2;
步骤S405,卫星仪器发射后,采用星上定标、交叉定标、月球定标、多场地定标和深对流云定标多种方法得到辐亮度L,以发射前测量得到的二次项定标系数k2为约束条件,将仪器发射后的辐亮度L与待定标仪器的DN建立二次项拟合关系,得到定标系数K发射后,K发射后=(k2,k1发射后,k0发射后),取其一次项定标系数k1发射后和零次项定标系数k0发射后,得到仪器的线性在轨辐射定标系数。
2013年2月27日-3月2日,在大理市进行了FY3C/MERSI的发射前外场辐射定标工作。选择FY3C-MERSI仪器作为被检验的仪器,应用本发明实施例提供的辐射定标方法在FY3C-MERSI发射前外场辐射定标期间进行非线性特性的测量工作。并将线性拟合结果与非线性拟合结果进行了对比分析。卫星发射在轨定标期间,采用发射前外场定标测量得到的非线性特征值进行了在轨辐射定标工作。
基准辐射计采用的是ASD FieldSpec 3型便携式光谱辐射计,该辐射计在试验前经过辐射定标实验室的辐射定标,定标不确定度小于2%。FY3C/MERSI 17个太阳反射波段外场试验测量的DN与ASD测量反射率的散点图及其线性拟合(黑色线)和二次项拟合(红色线)见图5。线性拟合和二次拟合项系数见表1。从图5A到图5Q和表1可以看出,FY3C/MERSI大部分通道都有非线性效应,特别是17-20这几个存在水汽吸收的通道更加明显,表1中列出的二次项也是这几个通道比较大。
表1.FY3C/MERSI外场试验期间二次拟合和线性拟合系数
采用二次项回归的拟合方式,相对于传统的线性回归拟合来说,可以更好的响应待定标仪器的非线性特征。相对于多项式回归来说,二次项回归的精度虽然相对较低,但计算量小,因此数据处理效率更高,在高阶次项的系数很小的情况下,其定标精度已经足够高。
FY3C卫星发射后的在轨测试期间,采用交叉定标、月球定标、多场地定标和深对流云定标多种方法得到的辐射值,以发射前测量得到的二次项定标系数为约束条件,对仪器发射后的一次项和零次项定标系数进行修正,最终得到修正后的定标系数。结果表明采用发射前非线性修正项能够有效提高卫星产品精度。图6为采用了发射前非线性系数校正的项的水汽反演产品精度有了明显的提升,相对误差由50.07%降低到25.13%。这是因为待定标仪器具有一定的非线性特征,而本发明实施例提供的定标方法引入了基准辐射计,利用基准辐射计与待定标仪器的同时测量,获取了原来Langley法无法获取的仪器非线性项,发现了FY3C/MERSI仪器的非线性响应特征。在后续的卫星数据处理中,考虑了非线性项修正的卫星数据结果要明显优于以往不考虑非线性项修正的结果,提升了气象卫星定量化应用的能力。
尽管本发明已进行了一定程度的描述,明显地,在不脱离本发明的精神和范围的条件下,可进行各个条件的适当变化。可以理解,本发明不限于所述实施方案,而归于权利要求的范围,其包括所述每个因素的等同替换。
Claims (9)
1.一种辐射定标方法,其特征在于,包括:
获取A地的辐射参数值RA与待定标仪器的测量值MA;
建立A地的辐射参数值RA与待定标仪器的测量值MA之间的P次项拟合关系,P是自然数,P≥2,得到待定标仪器的A地定标系数,用矩阵KA表示,KA=[kPkP-1…ki…k2k1Ak0A],ki是i次项定标系数,其中i是自然数,2≤i≤P,k1A是A地一次项定标系数,k0A是A地零次项定标系数;
获取B地的辐射参数值RB与待定标仪器的测量值MB;
根据所述待定标仪器的A地定标系数KA,约束建立B地的辐射参数值RB与待定标仪器的测量值MB之间的P次项拟合关系,得到待定标仪器的B地定标系数,用矩阵KB表示,KB=[kPkP-1…ki…k2k1Bk0B],ki是i次项定标系数,其中i是自然数,2≤i≤P,k1B是B地一次项定标系数,k0B是B地零次项定标系数。
2.根据权利要求1所述的辐射定标方法,其特征在于,P=2。
3.根据权利要求1或2所述的辐射定标方法,其特征在于,还包括:
根据待定标仪器的B地定标系数KB,取其一次项定标系数和零次项定标系数组合为修正后的定标系数,用矩阵K修正表示,K修正=[k1Bk0B]。
4.根据权利要求1或2所述的辐射定标方法,其特征在于,所述辐射参数为辐亮度或反射率。
5.根据权利要求1或2所述的辐射定标方法,其特征在于,采用基准辐射计来获取A地的辐射参数值RA。
6.根据权利要求1或2所述的辐射定标方法,其特征在于,获取B地的辐射参数值RB的方法可以为星上定标、交叉定标、月球定标、多场地定标和深对流云定标中的一种或多种。
7.一种辐射定标装置,其特征在于,包括:
第一获取模块,用于获取A地的辐射参数值RA与待定标仪器的测量值MA;
第一数据处理模块,用于建立A地的辐射参数值RA与待定标仪器的测量值MA之间的P次项拟合关系,P是自然数,P≥2,得到待定标仪器的A地定标系数,用矩阵KA表示,KA=[kPkP-1…ki…k2k1Ak0A],ki是i次项定标系数,其中i是自然数,2≤i≤P,k1A是A地一次项定标系数,k0A是A地零次项定标系数;
第二获取模块,用于获取B地的辐射参数值RB与待定标仪器的测量值MB;
第二数据处理模块,用于根据所述待定标仪器的A地定标系数KA,约束建立B地的辐射参数值RB与待定标仪器的测量值MB之间的P次项拟合关系,得到待定标仪器的B地定标系数,用矩阵KB表示,KB=[kPkP-1…ki…k2k1Bk0B],ki是i次项定标系数,其中i是自然数,2≤i≤P,k1B是B地一次项定标系数,k0B是B地零次项定标系数。
8.根据权利要求7所述的辐射定标装置,其特征在于,P=2。
9.根据权利要求7或8所述的辐射定标装置,其特征在于,所述第二数据处理模块还用于根据待定标仪器的B地定标系数KB,取其一次项定标系数和零次项定标系数组合为修正后的定标系数,用矩阵K修正表示,K修正=[k1Bk0B]。
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