CN110006463B - 一种光学遥感卫星的在轨绝对辐射定标方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光学遥感卫星的在轨绝对辐射定标方法及系统。该方法包括：获取定标场区的场区信息；利用辐射传输模型确定太阳路径的高光谱大气透过率和遥感卫星观测路径的高光谱大气透过率；根据太阳路径、遥感卫星观测路径的高光谱大气透过率和反射点源参数，确定反射点源目标反射至遥感卫星的入瞳辐亮度；获取遥感卫星对每单位反射点源目标的辐射响应值；根据反射点源目标反射至遥感卫星的入瞳辐亮度和遥感卫星对每单位反射点源目标的辐射响应值，利用遥感卫星的定标方程确定光学遥感卫星基于反射点源的在轨绝对辐射定标系数，完成定标。本发明可以实现高分辨率光学遥感卫星全动态范围内的高频次、高精度、业务化、常态化的移动定标。

Description

一种光学遥感卫星的在轨绝对辐射定标方法及系统

技术领域

本发明涉及光学遥感领域，特别是涉及一种光学遥感卫星的在轨绝对辐射定标方法及系统。

背景技术

光学遥感数据不仅应用于定性或半定量地描绘地物目标的基本特征的领域，同时深入到定量化解译地球物理参数和地球环境系统的演变规律领域，同时精细化定量遥感的技术能力提升也有赖于定标技术的支持。虽然光学遥感卫星载荷在发射前需要进行严格的实验室定标，但由于卫星发射震动与加速度、在轨运行空间环境、电子元器件老化等因素影响，使得遥感器性能难免发生不同程度地衰变，因此有必要开展定期或不定期的在轨辐射定标。

光学遥感卫星在轨定标方法主要有星上定标和替代定标两种。星上定标无论是采用内置标准灯与积分球，还是太阳漫射板方法，都是将地面实验室辐射基准作为星上定标参考，存在向国际单位溯源难题，而且卫星发射过程中的冲击和加速度等影响参数没有有效的监测手段，在发射后将完全依赖自身的稳定性来保障其预期精度。业务化遥感卫星的辐射定标主要以场地替代定标为主，目前国际上发展了基于数十甚至数百平方公里的沙漠、干湖床、冰雪等大面积均匀辐亮度目标的定标方法，虽取得了良好应用效果，但却是一种单点(辐亮度)定标方法，各种算法的特点和适用性存在一定差异。而且场地少且单一，极易受场地位置及天气状况等因素限制，使得卫星定标周期长、机会少、效率低。针对近年快速发展的高分辨率卫星，国际上提出利用光学特性优异的大面积(数千甚至数万平方米)人工靶标作为辐亮度参照目标，实现了星载光学遥感器全动态范围的辐射定标，然而传统的以辐射传输计算为核心的辐射定标方法需要对气溶胶特性、大气点扩散函数、周围环境反射率等进行假设，在复杂背景环境下，实际情况和假设难以相符，且模型假设导致的计算误差也较高，同时大批量靶标运输布设、试验等耗费大量人力物力财力，不适用于光学遥感卫星的自动化定标与高频次定标在轨应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种光学遥感卫星的在轨绝对辐射定标方法及系统，以实现高分辨率光学遥感卫星全动态范围内的高频次、高精度、业务化、常态化的移动定标。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种光学遥感卫星的在轨绝对辐射定标方法，包括：

获取定标场区的场区信息；所述场区信息包括海拔高度、气象参数和背景环境信息；

根据所述场区信息，利用辐射传输模型确定第一高光谱大气透过率和第二高光谱大气透过率；所述第一高光谱大气透过率为太阳路径的高光谱大气透过率，所述第二高光谱大气透过率为遥感卫星观测路径的高光谱大气透过率；

获取反射点源的参数；所述反射点源的参数包括反射点源目标镜面反射率和反射点源曲率半径；

根据所述第一高光谱大气透过率、所述第二高光谱大气透过率和所述反射点源的参数，确定反射点源目标反射至遥感卫星的入瞳辐亮度；

获取所述遥感卫星对每单位反射点源目标的辐射响应值；

根据所述反射点源目标反射至遥感卫星的入瞳辐亮度和所述遥感卫星对每单位反射点源目标的辐射响应值，利用遥感卫星的定标方程确定所述光学遥感卫星基于反射点源的在轨绝对辐射定标系数，完成定标过程。

可选的，所述根据所述场区信息，利用辐射传输模型确定第一高光谱大气透过率和第二高光谱大气透过率，具体包括：

通过辐射传输模型计算大气透过率；

获取太阳光度计测量的太阳-反射点源目标路径的通道大气透过率；

当所述辐射传输模型计算的大气透过率与所述太阳光度计测量的太阳-反射点源目标路径的通道大气透过率匹配时，将所述辐射传输模型计算的大气透过率确定为所述第一高光谱大气透过率；

利用太阳入射与遥感卫星观测的几何关系改变几何因子，通过所述辐射传输模型计算得到所述第二高光谱大气透过率。

可选的，所述根据所述第一高光谱大气透过率、所述第二高光谱大气透过率和所述反射点源的参数，确定反射点源目标反射至遥感卫星的入瞳辐亮度，具体包括：

根据所述第一高光谱大气透过率与太阳常数，确定地面辐射照度；

根据所述地面辐射照度、所述第二高光谱大气透过率和所述反射点源的参数，利用公式

确定反射点源目标反射至遥感卫星的入瞳辐亮度A(λ)；其中，D_gsd为遥感卫星的分辨率，R为反射点源曲率半径，E_s(λ)为太阳常数，T_s(λ)为第一高光谱大气透过率，第一高光谱大气透过率与太阳常数的乘积为地面辐射照度，T_v(λ)为第二高光谱大气透过率。

可选的，所述获取所述遥感卫星对每单位反射点源目标的辐射响应值，具体包括：

获取不同能级的反射点源目标对应的反射点源遥感影像计数值；

根据所有的反射点源遥感影像计数，利用线性回归方法确定遥感卫星对每单位反射点源目标的辐射响应值。

可选的，所述遥感卫星的定标方程为

其中，A_gain,i为遥感卫星第i通道的响应度定标系数，A(λ)为反射点源目标反射至遥感卫星的入瞳辐亮度，ρ(λ)为反射点源目标镜面反射率，R_i(λ)为遥感卫星第i通道的光谱响应函数，DN_ρ(λ)≠0,i为遥感卫星第i通道对定标场区内的反射点源目标的响应值，DN_ρ(λ)＝0,i为遥感卫星第i通道对定标场区背景环境的响应值。

本发明还提供一种光学遥感卫星的在轨绝对辐射定标系统，包括：

场区信息获取模块，用于获取定标场区的场区信息；所述场区信息包括海拔高度、气象参数和背景环境信息；

高光谱大气透过率确定模块，用于根据所述场区信息，利用辐射传输模型确定第一高光谱大气透过率和第二高光谱大气透过率；所述第一高光谱大气透过率为太阳路径的高光谱大气透过率，所述第二高光谱大气透过率为遥感卫星观测路径的高光谱大气透过率；

反射点源参数获取模块，用于获取反射点源的参数；所述反射点源的参数包括反射点源目标镜面反射率和反射点源曲率半径；

入瞳辐亮度确定模块，用于根据所述第一高光谱大气透过率、所述第二高光谱大气透过率和所述反射点源的参数，确定反射点源目标反射至遥感卫星的入瞳辐亮度；

辐射响应值获取模块，用于获取所述遥感卫星对每单位反射点源目标的辐射响应值；

在轨绝对辐射定标系数确定模块，用于根据所述反射点源目标反射至遥感卫星的入瞳辐亮度和所述遥感卫星对每单位反射点源目标的辐射响应值，利用遥感卫星的定标方程确定所述光学遥感卫星基于反射点源的在轨绝对辐射定标系数，完成定标过程。

可选的，所述高光谱大气透过率确定模块具体包括：

大气透过率计算单元，用于通过辐射传输模型计算大气透过率；

通道大气透过率获取单元，用于获取太阳光度计测量的太阳-反射点源目标路径的通道大气透过率；

第一高光谱大气透过率确定单元，用于当所述辐射传输模型计算的大气透过率与所述太阳光度计测量的太阳-反射点源目标路径的通道大气透过率匹配时，将所述辐射传输模型计算的大气透过率确定为所述第一高光谱大气透过率；

第二高光谱大气透过率确定单元，用于利用太阳入射与遥感卫星观测的几何关系改变几何因子，通过所述辐射传输模型计算得到所述第二高光谱大气透过率。

可选的，所述入瞳辐亮度确定模块具体包括：

地面辐射照度确定单元，用于根据所述第一高光谱大气透过率与太阳常数，确定地面辐射照度；

入瞳辐亮度确定单元，用于根据所述地面辐射照度、所述第二高光谱大气透过率和所述反射点源的参数，利用公式

确定反射点源目标反射至遥感卫星的入瞳辐亮度A(λ)；其中，D_gsd为遥感卫星的分辨率，R为反射点源曲率半径，E_s(λ)为太阳常数，T_s(λ)为第一高光谱大气透过率，第一高光谱大气透过率与太阳常数的乘积为地面辐射照度，T_v(λ)为第二高光谱大气透过率。

可选的，所述辐射响应值获取模块具体包括：

反射点源遥感影像计数值获取单元，用于获取不同能级的反射点源目标对应的反射点源遥感影像计数值；

线性回归计算单元，用于根据所有的反射点源遥感影像计数，利用线性回归方法确定遥感卫星对每单位反射点源目标的辐射响应值。

可选的，所述在轨绝对辐射定标系数确定模块采用的遥感卫星的定标方程为

其中，A_gain,i为遥感卫星第i通道的响应度定标系数，A(λ)为反射点源目标反射至遥感卫星的入瞳辐亮度，ρ(λ)为反射点源目标镜面反射率，R_i(λ)为遥感卫星第i通道的光谱响应函数，DN_ρ(λ)≠0,i为遥感卫星第i通道对定标场区内的反射点源目标的响应值，DN_ρ(λ)＝0,i为遥感卫星第i通道对定标场区背景环境的响应值。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

(1)本发明的光学遥感卫星在轨辐射定标方法以地面实测数据大气光学参数代替辐射传输计算中的气溶胶散射假设，仅仅需要大气吸收透过率的辐射传输计算，并将目标反射率的现场跑点测试转换为反射点源目标反射率的实验室高精度测试，是一种高精度定标方法；

(2)本发明的光学遥感卫星在轨辐射定标方法通过不同能级的反射点源目标与其遥感影像响应值的线性回归扣除大气程辐射及背景环境辐射影响，减小了气溶胶模型与大气模式等因素对在轨辐射定标精度的影响；

(3)本发明的光学遥感卫星在轨辐射定标方法可以实现光学卫星传感器全谱段(太阳反射波段、中红外波段及热红外波段)、全动态范围的高频次高精度业务化在轨绝对辐射定标与移动定标；

(4)本发明的光学遥感卫星在轨辐射定标方法可减小时空及天气等条件对大面积均匀场目标的限制，降低定标场区背景环境的要求，能够在复杂环境条件下实现光学卫星传感器在轨辐射定标；

(5)本发明的光学遥感卫星在轨辐射定标方法可同时实现光学遥感卫星传感器工作状态下的绝对辐射定标与二维调制传递函数检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明光学遥感卫星的在轨绝对辐射定标方法的流程示意图；

图2为太阳-反射点源-光学遥感卫星相互作用示意图；

图3为光学遥感卫星对反射点源成像及焦平面能量分布示意图；

图4为不同能级的反射点源矩阵的布设方向示意图；

图5为每个反射点源矩阵的布设位置示意图；

图6为本发明光学遥感卫星的在轨绝对辐射定标系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明目的是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种光学遥感卫星基于反射点源的在轨绝对辐射定标方法，以空间尺度足够“小”、辐射亮度足够“亮”的反射点源(尺度小于遥感卫星米量级的空间分辨率，辐射强度大于场地与人工靶标且遥感卫星不饱和)作为参照目标；并以定标场地实际同步测量的大气参数与遥感卫星系统参数来代替气溶胶散射假设与点扩散函数假设；通过遥感卫星动态范围内不同反射点源能级设置与其遥感影像的线性回归扣除背景环境与大气程辐射影响；突破时空及天气等辐射定标影响因素限制的同时，实现高分辨率光学遥感卫星全动态范围的高频次、高精度、业务化在轨绝对辐射定标与移动定标。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明光学遥感卫星的在轨绝对辐射定标方法的流程示意图。如图1所示，所述光学遥感卫星的在轨绝对辐射定标方法包括以下步骤：

步骤100：获取定标场区的场区信息。所述场区信息包括海拔高度、气象参数和背景环境信息。光学遥感卫星在轨绝对辐射定标前需在光学遥感卫星过顶反射点源布设场区前后半小时，测量大气光学厚度、试验场区的温湿度、压强、风力风速等气象信息，还需要测定海拔高度、背景环境等与场区相关的信息，便于后期使用。

步骤200：根据场区信息，利用辐射传输模型确定第一高光谱大气透过率和第二高光谱大气透过率。所述第一高光谱大气透过率为太阳路径的高光谱大气透过率，所述第二高光谱大气透过率为遥感卫星观测路径的高光谱大气透过率。作为一种可选择的方式，通过MODTRAN/6S等辐射传输计算得到大气透过率，同时通过太阳光度计测量太阳-反射点源目标路径的通道大气透过率，将计算得到的大气透过率逐次逼近太阳光度计测量得到的通道大气透过率，当两者相匹配时，即两者之间误差很小时，便可得到太阳路径的高光谱大气透过率T_s(λ)，即第一高光谱大气透过率。据此利用太阳入射与卫星观测之间的几何关系改变几何因子，通过辐射传输计算求得遥感卫星观测路径的高光谱大气透过率T_v(λ)，即第二高光谱大气透过率。

步骤300：获取反射点源的参数。所述反射点源的参数包括反射点源目标镜面反射率和反射点源曲率半径。光学遥感卫星在轨绝对辐射定标前需在实验室对反射点源目标镜面反射率进行高精度测试，以得到反射点源的相关参数。

步骤400：根据第一高光谱大气透过率、第二高光谱大气透过率和反射点源的参数，确定反射点源目标反射至遥感卫星的入瞳辐亮度。作为一种可选的实施例，可以采用以下步骤确定反射点源目标反射至遥感卫星的入瞳辐亮度：

将第一高光谱大气透过率与太阳常数相乘，确定地面辐射照度；

根据所述地面辐射照度、所述第二高光谱大气透过率和所述反射点源的参数，利用公式

确定反射点源目标反射至遥感卫星的入瞳辐亮度A(λ)；其中，D_gsd为遥感卫星的分辨率，R为反射点源曲率半径，E_s(λ)为太阳常数，T_s(λ)为第一高光谱大气透过率，第一高光谱大气透过率与太阳常数的乘积为地面辐射照度，T_v(λ)为第二高光谱大气透过率。

步骤500：获取遥感卫星对每单位反射点源目标的辐射响应值。作为一种可选的实施例，可以采用以下步骤获取辐射响应值：

获取不同能级的反射点源目标对应的反射点源遥感影像计数值；

根据所有的反射点源遥感影像计数，利用线性回归方法确定遥感卫星对每单位反射点源目标的辐射响应值。

步骤600：根据反射点源目标反射至遥感卫星的入瞳辐亮度和遥感卫星对每单位反射点源目标的辐射响应值，利用遥感卫星的定标方程确定光学遥感卫星基于反射点源的在轨绝对辐射定标系数，完成定标过程。作为一种可选的实施例，遥感卫星的定标方程可以为

其中，A_gain,i为遥感卫星第i通道的响应度定标系数，A(λ)为反射点源目标反射至遥感卫星的入瞳辐亮度，ρ(λ)为反射点源目标镜面反射率，R_i(λ)为遥感卫星第i通道的光谱响应函数，DN_ρ(λ)≠0,i为遥感卫星第i通道对定标场区内的反射点源目标的响应值，DN_ρ(λ)＝0,i为遥感卫星第i通道对定标场区背景环境的响应值。

下面给出上述定标方程的推导过程：

图2为太阳-反射点源-光学遥感卫星相互作用示意图。如图2所示，根据太阳-反射点源-光学遥感卫星相互作用及辐射传输模型，复杂背景环境下光学遥感卫星入瞳辐亮度可表示为：

其中，L_a(λ)是大气程辐射，E_s(λ)是太阳常数，μ_s是太阳天顶角θ_s的余弦因子，T_gas(θ_s,θ_v,λ)是大气吸收透过率，τ(λ)是大气光学厚度，t_d(θ_s,λ)是大气散射透过率，S(λ)是大气球面反照率，ρ_e(λ)是背景反射率，ρ(λ)是目标反射率，θ_ν是卫星观测天顶角，t'_d(θ_ν,λ)是散射透过率。

在轨绝对辐射定标以轻量化、小型化的反射点源代替大面积均匀辐亮度目标或人工靶标作为检测参照时，根据反射点源将入射太阳光能量反射至卫星遥感卫星的特点，高分辨率光学遥感卫星入瞳辐亮度的表示可从公式(1)变换为：

其中，D_gsd是光学遥感卫星分辨率，R是反射点源曲率半径，ρ(λ)是反射点源目标镜面反射率，T_s(λ)是太阳入射路径大气透过率，T_v(λ)是卫星观测路径大气透过率。

根据平面平行大气理论，在一定区域范围内同一时刻，大气程辐射L_a(λ)、大气吸收透过率T_gas(θ_s,θ_v,λ)、背景反射率ρ_e(λ)是常数，可以将高分辨率光学遥感卫星入瞳辐亮度的表达公式(2)简化为：

L(λ)＝A(λ)ρ(λ)+B(λ) (3)

其中，A(λ)是理想反射点源目标反射至光学遥感卫星的入瞳辐亮度，即：

B(λ)是大气程辐射与地-气耦合辐射之和，即：

光学遥感卫星在一定区域范围内对地面的反射点源目标观测成像，此时大气程辐射、光学厚度、透过率与球面反照率等参数均为确定值，据此公式(4)与公式(5)所表述的A(λ)与B(λ)亦为确定值，则根据公式(3)可得光学遥感卫星入瞳辐亮度L(λ)与反射点源的反射率ρ(λ)呈一元线性关系，因此可以在遥感卫星的动态范围内设置不同反射率或不同能级的反射点源目标，以便在卫星遥感影像获取不同反射率或不同能级对应的反射点源响应值，对不同能级的反射点源与遥感影像响应值进行线性回归，便可求取光学遥感卫星基于反射点源的在轨绝对辐射定标系数。

图3为光学遥感卫星对反射点源成像及焦平面能量分布示意图。如图3所示，作为参照目标的轻小型反射点源产生亚像元的辐射亮度，根据光学遥感卫星成像系统自身的点扩散特性，光学遥感卫星观测经点源目标反射的辐射能量将扩散在遥感卫星焦平面内的一定区域，需将该区域的反射点源响应值进行统计求和以得与点源目标反射辐射能量相等效的响应值，因此根据光学遥感卫星传感器定标方程(6)，结合反射点源的遥感图像计数值与不同能级，将不同能级的反射点源与不同能级反射点源目标遥感影像的响应统计值进行线性回归计算得光学遥感卫星基于反射点源的在轨绝对辐射定标系数。

其中，L_epu,i是光学遥感卫星第i通道入瞳的等效辐亮度，R_i(λ)是遥感卫星第i通道的光谱响应函数，A_gain,i是遥感卫星第i通道的响应度定标系数，DN_i是遥感卫星第i通道对反射点源目标的响应值，DN_0,i是遥感卫星第i通道暗电流响应值。

(Ⅰ)当光学遥感卫星第i通道内反射点源目标反射率ρ(λ)＝0时，相当于光学遥感卫星对地观测定标场区内没有设置反射点源目标，也就是光学遥感卫星对定标场区背景环境观测成像，由公式(3)得遥感卫星的入瞳辐亮度L(λ)＝B(λ)，此时根据公式(6)得：

其中，DN_ρ(λ)＝0,i为遥感卫星第i通道对定标场区背景环境的响应值，等号左端为光学遥感卫星第i通道入瞳的等效辐亮度，等号右端为根据光学遥感卫星传感器定标方程(6)右端结合反射点源的遥感图像计数值，计算的等效辐亮度。

(Ⅱ)当光学遥感卫星第i通道内反射点源目标反射率ρ(λ)≠0时，相对于光学遥感卫星对地观测定标场区内设置不同反射率或不同能级的反射点源目标，也就是光学遥感卫星对定标场区内的反射点源目标观测成像，由公式(3)可得遥感卫星入瞳辐亮度L(λ)＝A(λ)ρ(λ)+B(λ)，此时根据公式(6)得：

其中，DN_ρ(λ)≠0,i为遥感卫星第i通道对定标场区内的反射点源目标的响应值。

根据公式(7)与(8)，将不同能级的反射点源与不同能级反射点源目标遥感影像的响应统计值进行线性回归计算，求取光学遥感卫星基于反射点源的在轨绝对辐射定标系数：

其中，反射点源目标反射率ρ(λ)与大气参数τ(λ)通过地物光谱仪与太阳光度计分别在实验室与试验场区进行测量得到，相对于已有定标方法，该方法将目标反射率的场地跑点测量转换为实验室高精度测量。

公式中涉及的∑DN_ρ(λ)＝0,i可以通过不同能级的反射点源目标设置与不同能级反射点源目标遥感影像的响应统计值进行线性回归计算得到，也可通过遥感卫星的多次遥感观测成像响应值获得。

最终确定的光学遥感卫星基于反射点源的在轨绝对辐射定标系数将应用于光学遥感卫星后续的对地观测与遥感数据定量化过程。通过结合卫星观测地物目标(自然资源、生态环境、工业农业等)的响应值，反演表征地物目标特征的基本物理量(如辐亮度/反射率、温度等)，分析资源矿产、环境污染、农作物长势等，在国土资源调查、城市规划建设、环境监测保护等国民经济建设各方面有着非常广阔的应用前景。

本发明以不同能级的反射点源作为检测参照目标，并将目标反射率的现场跑点测量转换为实验室高精度测量；通过大气参数的现场测量并利用实测的大气光学厚度来逼近辐射传输计算的大气透过率，获取太阳路径与遥感卫星观测路径的高光谱大气透过率，结合太阳常数与目标反射率得光学遥感卫星入瞳辐亮度。利用线性回归计算将反射点源目标响应和背景环境响应相分离，减小对环境背景的依赖性，以实现光学遥感卫星全动态范围的高频次、高精度、业务化在轨绝对辐射定标与移动定标。本发明的在轨绝对辐射定标方法以场地实测数据为主，代替气溶胶散射假设，减小了大气模式与气溶胶模型等因素对在轨辐射定标精度的影响，该定标技术可在复杂背景环境条件下实现光学遥感卫星全动态范围的高精度定标。

作为本发明另一种实施例，本发明采用的反射点源目标可以是凸面反射镜，亦可以是大面积的平面反射镜，反射点源目标尺度远小于光学遥感卫星米量级的空间分辨率，辐射强度远大于均匀场目标或人工靶标且遥感卫星响应不饱和。

作为本发明另一种实施例，反射点源布设场区选择在四周开阔，地势平坦的区域布设，可根据现场情况布设大面积的黑色衬网，以隔离地表与反射点源参照目标，并对反射点源起到防护作用。图4为不同能级的反射点源矩阵的布设方向示意图，如图4所示，反射点源布设方向沿光学遥感卫星飞行方向，且布设不少于5级能量等级的反射点源目标且能级间距不小于6个像素，经反射点源目标反射至光学遥感卫星入瞳的反射能量覆盖遥感卫星的动态范围。图5为每个反射点源矩阵的布设位置示意图，如图5所示，用于检测遥感卫星系统点扩散函数并提取反射点源目标响应值的反射点源阵列为非整数像素的4×4循环矩阵，间隔大于5.25像素，且遥感卫星对反射点源目标响应值位于其动态范围的高端且不饱和。

在具体实施时，需要进行现场同步测量。光学遥感卫星在轨绝对辐射定标前需在实验室对反射点源目标镜面反射率进行高精度测试，并在光学遥感卫星过顶反射点源布设场区前后半小时，测量大气光学厚度、试验场区的温湿度、压强、风力风速等大气与气象信息。

对应图1所示的光学遥感卫星的在轨绝对辐射定标方法，本发明还提供一种光学遥感卫星的在轨绝对辐射定标系统。图6为本发明光学遥感卫星的在轨绝对辐射定标系统的结构示意图，如图6所示，所述光学遥感卫星的在轨绝对辐射定标系统包括以下结构：

场区信息获取模块601，用于获取定标场区的场区信息；所述场区信息包括海拔高度、气象参数和背景环境信息；

高光谱大气透过率确定模块602，用于根据所述场区信息，利用辐射传输模型确定第一高光谱大气透过率和第二高光谱大气透过率；所述第一高光谱大气透过率为太阳路径的高光谱大气透过率，所述第二高光谱大气透过率为遥感卫星观测路径的高光谱大气透过率；

反射点源参数获取模块603，用于获取反射点源的参数；所述反射点源的参数包括反射点源目标镜面反射率和反射点源曲率半径；

入瞳辐亮度确定模块604，用于根据所述第一高光谱大气透过率、所述第二高光谱大气透过率和所述反射点源的参数，确定反射点源目标反射至遥感卫星的入瞳辐亮度；

辐射响应值获取模块605，用于获取所述遥感卫星对每单位反射点源目标的辐射响应值；

在轨绝对辐射定标系数确定模块606，用于根据所述反射点源目标反射至遥感卫星的入瞳辐亮度和所述遥感卫星对每单位反射点源目标的辐射响应值，利用遥感卫星的定标方程确定所述光学遥感卫星基于反射点源的在轨绝对辐射定标系数，完成定标过程。

作为一种可选的实施例，所述高光谱大气透过率确定模块602具体包括：

大气透过率计算单元，用于通过辐射传输模型计算大气透过率；

通道大气透过率获取单元，用于获取太阳光度计测量的太阳-反射点源目标路径的通道大气透过率；

第一高光谱大气透过率确定单元，用于当所述辐射传输模型计算的大气透过率与所述太阳光度计测量的太阳-反射点源目标路径的通道大气透过率匹配时，将所述辐射传输模型计算的大气透过率确定为所述第一高光谱大气透过率；

第二高光谱大气透过率确定单元，用于利用太阳入射与遥感卫星观测的几何关系改变几何因子，通过所述辐射传输模型计算得到所述第二高光谱大气透过率。

作为一种可选的实施例，所述入瞳辐亮度确定模块604具体包括：

地面辐射照度确定单元，用于根据所述第一高光谱大气透过率与太阳常数，确定地面辐射照度；

入瞳辐亮度确定单元，用于根据所述地面辐射照度、所述第二高光谱大气透过率和所述反射点源的参数，利用公式

确定反射点源目标反射至遥感卫星的入瞳辐亮度A(λ)；其中，D_gsd为遥感卫星的分辨率，R为反射点源曲率半径，E_s(λ)为太阳常数，T_s(λ)为第一高光谱大气透过率，第一高光谱大气透过率与太阳常数的乘积为地面辐射照度，T_v(λ)为第二高光谱大气透过率。

作为一种可选的实施例，所述辐射响应值获取模块605具体包括：

反射点源遥感影像计数值获取单元，用于获取不同能级的反射点源目标对应的反射点源遥感影像计数值；

线性回归计算单元，用于根据所有的反射点源遥感影像计数，利用线性回归方法确定遥感卫星对每单位反射点源目标的辐射响应值。

作为一种可选的实施例，所述在轨绝对辐射定标系数确定模块606采用的遥感卫星的定标方程为

其中，A_gain,i为遥感卫星第i通道的响应度定标系数，A(λ)为反射点源目标反射至遥感卫星的入瞳辐亮度，ρ(λ)为反射点源目标镜面反射率，R_i(λ)为遥感卫星第i通道的光谱响应函数，DN_ρ(λ)≠0,i为遥感卫星第i通道对定标场区内的反射点源目标的响应值，DN_ρ(λ)＝0,i为遥感卫星第i通道对定标场区背景环境的响应值。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种光学遥感卫星的在轨绝对辐射定标方法，其特征在于，包括：

获取定标场区的场区信息；所述场区信息包括海拔高度、气象参数和背景环境信息；

根据所述场区信息，利用辐射传输模型确定第一高光谱大气透过率和第二高光谱大气透过率；所述第一高光谱大气透过率为太阳路径的高光谱大气透过率，所述第二高光谱大气透过率为光学遥感卫星观测路径的高光谱大气透过率；

获取反射点源的参数；所述反射点源的参数包括反射点源目标镜面反射率和反射点源曲率半径；

根据所述第一高光谱大气透过率、所述第二高光谱大气透过率和所述反射点源的参数，确定反射点源目标反射至光学遥感卫星的入瞳辐亮度；

获取所述光学遥感卫星对每单位反射点源目标的辐射响应值；

根据所述反射点源目标反射至光学遥感卫星的入瞳辐亮度和所述光学遥感卫星对每单位反射点源目标的辐射响应值，利用光学遥感卫星的定标方程确定所述光学遥感卫星基于反射点源的在轨绝对辐射定标系数，完成定标过程；所述光学遥感卫星的定标方程为

其中，A_gain,i为光学遥感卫星第i通道的响应度定标系数，A(λ)为反射点源目标反射至光学遥感卫星的入瞳辐亮度，ρ(λ)为反射点源目标镜面反射率，R_i(λ)为光学遥感卫星第i通道的光谱响应函数，DN_ρ(λ)≠0,i为光学遥感卫星第i通道对定标场区内的反射点源目标的响应值，DN_ρ(λ)＝0,i为光学遥感卫星第i通道对定标场区背景环境的响应值；

所述根据所述反射点源目标反射至光学遥感卫星的入瞳辐亮度和所述光学遥感卫星对每单位反射点源目标的辐射响应值，利用光学遥感卫星的定标方程确定所述光学遥感卫星基于反射点源的在轨绝对辐射定标系数，完成定标过程的具体过程为：

根据光学遥感卫星传感器定标方程，结合反射点源的遥感图像计数值与不同能级，将不同能级的反射点源与不同能级反射点源目标遥感影像的响应统计值进行线性回归计算得光学遥感卫星基于反射点源的在轨绝对辐射定标系数：

其中，L_epu,i是光学遥感卫星第i通道入瞳的等效辐亮度，DN_i是光学遥感卫星第i通道对反射点源目标的响应值，DN_0,i是光学遥感卫星第i通道暗电流响应值；

当光学遥感卫星第i通道内反射点源目标反射率ρ(λ)＝0时，光学遥感卫星的入瞳辐亮度L(λ)＝B(λ)，B(λ)为大气程辐射与地-气耦合辐射之和，根据公式(1)得：

当光学遥感卫星第i通道内反射点源目标反射率ρ(λ)≠0时，光学遥感卫星入瞳辐亮度L(λ)＝A(λ)ρ(λ)+B(λ)，根据公式(1)得：

根据公式(2)与(3)，将不同能级的反射点源与不同能级反射点源目标遥感影像的响应统计值进行线性回归计算，确定光学遥感卫星第i通道的响应度定标系数为：

2.根据权利要求1所述的光学遥感卫星的在轨绝对辐射定标方法，其特征在于，所述根据所述场区信息，利用辐射传输模型确定第一高光谱大气透过率和第二高光谱大气透过率，具体包括：

通过辐射传输模型计算大气透过率；

获取太阳光度计测量的太阳-反射点源目标路径的通道大气透过率；

当所述辐射传输模型计算的大气透过率与所述太阳光度计测量的太阳-反射点源目标路径的通道大气透过率匹配时，将所述辐射传输模型计算的大气透过率确定为所述第一高光谱大气透过率；

利用太阳入射与光学遥感卫星观测的几何关系改变几何因子，通过所述辐射传输模型计算得到所述第二高光谱大气透过率。

3.根据权利要求1所述的光学遥感卫星的在轨绝对辐射定标方法，其特征在于，所述根据所述第一高光谱大气透过率、所述第二高光谱大气透过率和所述反射点源的参数，确定反射点源目标反射至光学遥感卫星的入瞳辐亮度，具体包括：

根据所述第一高光谱大气透过率与太阳常数，确定地面辐射照度；

根据所述地面辐射照度、所述第二高光谱大气透过率和所述反射点源的参数，利用公式

确定A(λ)；其中，D_gsd为光学遥感卫星的分辨率，R为反射点源曲率半径，E_s(λ)为太阳常数，T_s(λ)为第一高光谱大气透过率，第一高光谱大气透过率与太阳常数的乘积为地面辐射照度，T_v(λ)为第二高光谱大气透过率。

4.根据权利要求1所述的光学遥感卫星的在轨绝对辐射定标方法，其特征在于，所述获取所述光学遥感卫星对每单位反射点源目标的辐射响应值，具体包括：

获取不同能级的反射点源目标对应的反射点源遥感影像计数值；

根据所有的反射点源遥感影像计数，利用线性回归方法确定光学遥感卫星对每单位反射点源目标的辐射响应值。

5.一种光学遥感卫星的在轨绝对辐射定标系统，其特征在于，包括：

场区信息获取模块，用于获取定标场区的场区信息；所述场区信息包括海拔高度、气象参数和背景环境信息；

高光谱大气透过率确定模块，用于根据所述场区信息，利用辐射传输模型确定第一高光谱大气透过率和第二高光谱大气透过率；所述第一高光谱大气透过率为太阳路径的高光谱大气透过率，所述第二高光谱大气透过率为光学遥感卫星观测路径的高光谱大气透过率；

反射点源参数获取模块，用于获取反射点源的参数；所述反射点源的参数包括反射点源目标镜面反射率和反射点源曲率半径；

入瞳辐亮度确定模块，用于根据所述第一高光谱大气透过率、所述第二高光谱大气透过率和所述反射点源的参数，确定反射点源目标反射至光学遥感卫星的入瞳辐亮度；

辐射响应值获取模块，用于获取所述光学遥感卫星对每单位反射点源目标的辐射响应值；

在轨绝对辐射定标系数确定模块，用于根据所述反射点源目标反射至光学遥感卫星的入瞳辐亮度和所述光学遥感卫星对每单位反射点源目标的辐射响应值，利用光学遥感卫星的定标方程确定所述光学遥感卫星基于反射点源的在轨绝对辐射定标系数，完成定标过程；所述光学遥感卫星的定标方程为

其中，A_gain,i为光学遥感卫星第i通道的响应度定标系数，A(λ)为反射点源目标反射至光学遥感卫星的入瞳辐亮度，ρ(λ)为反射点源目标镜面反射率，R_i(λ)为光学遥感卫星第i通道的光谱响应函数，DN_ρ(λ)≠0,i为光学遥感卫星第i通道对定标场区内的反射点源目标的响应值，DN_ρ(λ)＝0,i为光学遥感卫星第i通道对定标场区背景环境的响应值；所述在轨绝对辐射定标系数确定模块根据所述反射点源目标反射至光学遥感卫星的入瞳辐亮度和所述光学遥感卫星对每单位反射点源目标的辐射响应值，利用光学遥感卫星的定标方程确定所述光学遥感卫星基于反射点源的在轨绝对辐射定标系数，完成定标过程的具体过程为：

根据光学遥感卫星传感器定标方程，结合反射点源的遥感图像计数值与不同能级，将不同能级的反射点源与不同能级反射点源目标遥感影像的响应统计值进行线性回归计算得光学遥感卫星基于反射点源的在轨绝对辐射定标系数：

其中，L_epu,i是光学遥感卫星第i通道入瞳的等效辐亮度，DN_i是光学遥感卫星第i通道对反射点源目标的响应值，DN_0,i是光学遥感卫星第i通道暗电流响应值；

当光学遥感卫星第i通道内反射点源目标反射率ρ(λ)＝0时，光学遥感卫星的入瞳辐亮度L(λ)＝B(λ)，B(λ)为大气程辐射与地-气耦合辐射之和，根据公式(1)得：

当光学遥感卫星第i通道内反射点源目标反射率ρ(λ)≠0时，光学遥感卫星入瞳辐亮度L(λ)＝A(λ)ρ(λ)+B(λ)，根据公式(1)得：

根据公式(2)与(3)，将不同能级的反射点源与不同能级反射点源目标遥感影像的响应统计值进行线性回归计算，确定光学遥感卫星第i通道的响应度定标系数为：

6.根据权利要求5所述的光学遥感卫星的在轨绝对辐射定标系统，其特征在于，所述高光谱大气透过率确定模块具体包括：

大气透过率计算单元，用于通过辐射传输模型计算大气透过率；

通道大气透过率获取单元，用于获取太阳光度计测量的太阳-反射点源目标路径的通道大气透过率；

第一高光谱大气透过率确定单元，用于当所述辐射传输模型计算的大气透过率与所述太阳光度计测量的太阳-反射点源目标路径的通道大气透过率匹配时，将所述辐射传输模型计算的大气透过率确定为所述第一高光谱大气透过率；

第二高光谱大气透过率确定单元，用于利用太阳入射与光学遥感卫星观测的几何关系改变几何因子，通过所述辐射传输模型计算得到所述第二高光谱大气透过率。

7.根据权利要求5所述的光学遥感卫星的在轨绝对辐射定标系统，其特征在于，所述入瞳辐亮度确定模块具体包括：

地面辐射照度确定单元，用于根据所述第一高光谱大气透过率与太阳常数，确定地面辐射照度；

入瞳辐亮度确定单元，用于根据所述地面辐射照度、所述第二高光谱大气透过率和所述反射点源的参数，利用公式

确定A(λ)；其中，D_gsd为光学遥感卫星的分辨率，R为反射点源曲率半径，E_s(λ)为太阳常数，T_s(λ)为第一高光谱大气透过率，第一高光谱大气透过率与太阳常数的乘积为地面辐射照度，T_v(λ)为第二高光谱大气透过率。

8.根据权利要求5所述的光学遥感卫星的在轨绝对辐射定标系统，其特征在于，所述辐射响应值获取模块具体包括：

反射点源遥感影像计数值获取单元，用于获取不同能级的反射点源目标对应的反射点源遥感影像计数值；

线性回归计算单元，用于根据所有的反射点源遥感影像计数，利用线性回归方法确定光学遥感卫星对每单位反射点源目标的辐射响应值。

Images