CN110907040A - 一种定量模拟卫星观测热辐射中邻近效应大小的方法 - Google Patents
一种定量模拟卫星观测热辐射中邻近效应大小的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110907040A CN110907040A CN201911231077.9A CN201911231077A CN110907040A CN 110907040 A CN110907040 A CN 110907040A CN 201911231077 A CN201911231077 A CN 201911231077A CN 110907040 A CN110907040 A CN 110907040A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sensor
- radiation
- scattering
- proximity effect
- atmospheric
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 69
- 230000000694 effects Effects 0.000 title claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 claims description 24
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 15
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 8
- 238000010606 normalization Methods 0.000 claims description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 3
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 abstract description 10
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 abstract description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/007—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for earth observation
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种定量模拟卫星观测热辐射中邻近效应大小的方法,步骤1:获取由邻近像元出发,在不同高度的传感器瞬时视场内发生一次散射后被该传感器接收到的辐射;步骤2:获取由邻近像元出发,被大气向下散射到目标像元,再被目标像元反射,进而被传感器接收到的辐射;步骤3:根据步骤1、步骤2中的结果,计算由邻近效应影响造成的辐射。本发明可以定量模拟不同成像条件下卫星观测热辐射的邻近效应,能够用来探讨邻近效应在何种情况下可被忽略,何种情况下必须被考虑,也能够用来研究邻近效应对现有地表温度反演算法的影响,为发展基于高空间分辨率热红外观测影像的新型地表温度反演算法提供技术支撑。
Description
技术领域
本发明属于热红外定量遥感技术领域,尤其涉及一种定量模拟卫星观测热辐射中邻近效应大小的方法。
背景技术
经过数十年的发展,已有许多基于热红外遥感观测数据的地表温度反演算法被提出,它们大致可分为四类:单通道法、多通道法、多角度法和日/夜法。这些方法都是针对中低空间分辨率的卫星观测数据,通过对传统热红外辐射传输方程进行推导近似得来,但这些方法都没有考虑邻近像元效应的影响。随着传感器技术的发展,热红外观测影像的空间分辨率在不断提高,高空间分辨率热红外影像中包含的地表信息更加丰富、细腻。随之而来的是目标像元与邻近像元之间的辐射差异越来越明显,影像的空间异质性越来越大,这就造成高空间分辨率热红外影像中邻近效应的影响越来越显著。
在一些大气条件下,邻近效应将会对热红外卫星观测数据产生显著影响,要想进一步提高地表温度的反演精度,邻近效应对卫星观测数据的影响必须被考虑进地表温度反演算法中。要发展这样的反演算法,首先需要一种定量模拟卫星观测热辐射中邻近效应大小的方法作为理论支撑。然而,目前很少有学者定量研究热红外辐射传输过程中的邻近效应影响问题,也还没有专门定量研究热红外卫星观测数据中邻近效应大小的方法。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处,本发明提供了一种定量模拟卫星观测热辐射中邻近效应大小的方法。
为了解决以上技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种定量模拟卫星观测热辐射中邻近效应大小的方法,包含以下步骤:
步骤1:获取由邻近像元出发,在不同高度的传感器瞬时视场内发生一次散射后被该传感器接收到的辐射L1,具体步骤如下:
步骤101:利用Beer-Lambert定律,
其中,Ri,j为邻近像元Ai,j发出的热辐射,由邻近像元Ai,j的发射率εi,j与温度Ti,j共同决定,Ch为传感器IFOV内发生散射的位置,为Ai,j到Ch路径的大气光学厚度,为高度h处大气的气溶胶散射光学厚度;
步骤102:利用气溶胶散射相函数计算给定热辐射在Ch处发生散射后,传感器观测方向上散射辐射所占的比例ψ1,公式2:
步骤103:再次利用Beer-Lambert定律,
步骤104:在大气垂直方向上与所有邻近像元上都进行积分,计算所有的从邻近像元出发,在不同高度的传感器IFOV内发生一次散射后被传感器接收到的辐射L1,公式3:
步骤2:获取由邻近像元出发,被大气向下散射到目标像元,再被目标像元反射,进而被传感器接收到的辐射L2,具体步骤如下:
步骤201:利用步骤1中的公式1–公式4的有关计算结果,获取给定大气模式下的大气点扩散函数gi,j,公式5:
其中,
步骤202:利用大气点扩散函数gi,j,计算地面背景场的等效发射率εbck与等效亮温Tbck,公式7、公式8:
其中,εi,j与Ti,j分别为邻近像元Ai,j的地表发射率与地表温度;
步骤203:引入大气层底半球反照率S,计算由邻近像元出发,被大气向下散射到目标像元,再被目标像元反射,进而被传感器接收到的辐射L2,公式9:
其中,τ为大气直接透过率,ε为目标像元的地表发射率,B为普朗克函数;
步骤3:根据公式10计算由邻近效应影响造成的辐射Ladj,公式10:
Ladj=L1+L2 (10)。
所述的方法,步骤1中的气溶胶散射相函数P可以用Henyey-Greenstein函数近似表示,也可以从实测数据库中提取;实测数据库为F.X.Kneizys等1983年基于Mie散射理论所建的不同类型气溶胶在0.2-40μm波长范围内的散射相函数库。
本发明具有以下有益效果:本发明的有关方法相比现有技术的有关算法,更加容易进行实施应用,利用本发明可以定量模拟不同成像条件下卫星观测热辐射的邻近效应大小,可以据此研究邻近效应对现有地表温度反演算法的影响,为发展基于高空间分辨率热红外观测影像的新型地表温度反演算法提供技术支撑。
附图说明
图1为L1辐射传输示意图。
图2为L2辐射传输示意图。
具体实施方式
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。
一种定量模拟卫星观测热辐射中邻近效应大小的方法,包含以下步骤:
步骤1:获取由邻近像元出发,在不同高度的传感器瞬时视场内发生一次散射后被该传感器接收到的辐射L1。如图1:由于大气对通过其中的热辐射具有消光作用,因此由邻近像元Ai,j发出的热辐射在到达不同高度的传感器瞬时视场Ch后,在传感器瞬时视场内通过大气时会被大气散射,部分能量会被散射至传感器观测方向并最终被传感器所接收,此部分辐射即为在不同高度的传感器瞬时视场内发生一次散射后被该传感器接收到的辐射L1。对于这部分辐射,首先根据Ai,j与Ch之间的大气光学厚度,计算由邻近像元Ai,j发出,经大气消光后到达Ch处的热辐射;然后根据Ch处传感器瞬时视场内大气的气溶胶散射光学厚度与气溶胶散射相函数,计算在Ch处传感器瞬时视场内发生一次散射后被散射至传感器观测方向上的辐射;接着根据Ch与传感器位置O之间的大气光学厚度,计算被散射至传感器观测方向上的辐射中,经大气消光后到达传感器并被接收的辐射;最后在大气垂直方向上与所有邻近像元上都进行积分,计算所有的从邻近像元出发,在传感器瞬时视场内发生一次散射后被传感器接收到的辐射。具体步骤如下:
步骤101:利用Beer-Lambert定律,
其中,Ri,j为邻近像元Ai,j发出的热辐射,由邻近像元Ai,j的发射率εi,j与温度Ti,j共同决定,Ch为传感器IFOV内发生散射的位置,为Ai,j到Ch路径的大气光学厚度,为高度h处大气的气溶胶散射光学厚度;
步骤102:利用气溶胶散射相函数计算给定热辐射在Ch处发生散射后,传感器观测方向上散射辐射所占的比例ψ1,公式2:
步骤103:再次利用Beer-Lambert定律,
步骤104:在大气垂直方向上与所有邻近像元上都进行积分,计算所有的从邻近像元出发,在传感器IFOV内发生一次散射后被传感器接收到的辐射L1,公式4:
假设有一场景,其中目标像元与背景像元的发射率都为0.98,目标像元的温度为290K,能见度10千米(描述气溶胶浓度参数),美国1976年标准大气模式(描述大气温度廓线、湿度廓线等参数),705千米轨道高度的卫星平台,30米空间分辨的传感器和10微米成像波长,按照步骤101—步骤104,如果背景像元温度从260K增加至320K,传感器观测到的L1将从0.0843瓦/(米2*立体角*微米)增加至0.2291瓦/(米2*立体角*微米)。
步骤2:获取由邻近像元出发,被大气向下散射到目标像元,再被目标像元反射,进而被传感器接收到的辐射L2。如图2:由于在大气层底,整层大气具有一定的半球反照率S,因此由邻近像元Ai,j发出的热辐射在向上传输过程中,有部分辐射被大气反射回地面,被反射回地面的这部分辐射再次被目标像元反射,经大气消光后最终会到达传感器并被传感器所接收,此部分辐射即为由邻近像元出发,被大气向下散射到目标像元,再被目标像元反射,进而被传感器接收到的辐射。对于这部分辐射,首先获取给定大气模式下的大气点扩散函数gi,j;然后利用大气点扩散函数gi,j,计算地面背景场的等效发射率εbck与等效亮温Tbck;接着利用大气层底半球反照率S,计算由邻近像元出发,被大气向下散射到目标像元,再被目标像元反射,进而被传感器接收到的辐射。
具体步骤如下:
步骤201:利用步骤1中的公式1–公式4的有关计算结果,获取给定大气模式下的大气点扩散函数gi,j,公式5:
其中,
步骤202:利用大气点扩散函数gi,j,计算地面背景场的等效发射率εbck与等效亮温Tbck,公式7、公式8:
其中,εi,j与Ti,j分别为邻近像元Ai,j的地表发射率与地表温度;
步骤203:引入大气层底半球反照率S,计算由邻近像元出发,被大气向下散射到目标像元,再被目标像元反射,进而被传感器接收到的辐射L2,公式9:
其中,τ为大气直接透过率,ε为目标像元的地表发射率,B为普朗克函数;
假设有一场景,其中目标像元与背景场的发射率都为0.98,目标像元的温度为290K,能见度10千米(描述气溶胶浓度参数),美国1976年标准大气模式(描述大气温度廓线、湿度廓线等参数),705千米轨道高度的卫星平台,30米空间分辨的传感器和10微米成像波长,按照步骤201—步骤203,如果背景像元温度从260K增加至320K,传感器观测到的L2将从0.0006瓦/(米2*立体角*微米)增加至0.0017瓦/(米2*立体角*微米)。
步骤3:根据公式10计算由邻近效应影响造成的辐射Ladj,公式10:
Ladj=L1+L2 (10)
步骤1中的气溶胶散射相函数P可以用Henyey-Greenstein函数近似表示,也可以从实测数据库中提取;实测数据库为F.X.Kneizys等1983年基于Mie散射理论所建的不同类型气溶胶在0.2-40μm波长范围内的散射相函数库。
假设有一场景,其中目标像元与背景场的发射率都为0.98,目标像元的温度为290K,能见度10千米(描述气溶胶浓度参数),美国1976年标准大气模式(描述大气温度廓线、湿度廓线等参数),705千米轨道高度的卫星平台,30米空间分辨的传感器和10微米成像波长,按照步骤3,如果背景像元温度从260K增加至320K,传感器观测到的Ladj将从0.0849瓦/(米2*立体角*微米)增加至0.2308瓦/(米2*立体角*微米)。
本发明具有以下有益效果:可以定量模拟不同成像条件(如不同的气溶胶浓度、大气温度廓线、大气湿度廓线、传感器高度、传感器成像空间分辨率等)下,考虑邻近效应的卫星观测热辐射。因此该模型能够用来研究邻近效应影响随成像条件的变化,探讨邻近效应在何种情况下可被忽略,何种情况下必须被考虑;另外,该方法也能够用来研究邻近效应对现有地表温度反演算法的影响,为发展基于高空间分辨率热红外观测影像的新型地表温度反演算法提供技术支撑。
上述实施方式并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也均属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种定量模拟卫星观测热辐射中邻近效应大小的方法,其特征在于,包含以下步骤:
步骤1:获取由邻近像元出发,在不同高度的传感器瞬时视场内发生一次散射后被该传感器接收到的辐射L1,具体步骤如下:
步骤101:利用Beer-Lambert定律,
其中,Ri,j为邻近像元Ai,j发出的热辐射,由邻近像元Ai,j的发射率εi,j与温度Ti,j共同决定,Ch为传感器IFOV内发生散射的位置,为Ai,j到Ch路径的大气光学厚度,为高度h处大气的气溶胶散射光学厚度;
步骤102:利用气溶胶散射相函数计算给定热辐射在Ch处发生散射后,传感器观测方向上散射辐射所占的比例ψ1,公式2:
步骤103:再次利用Beer-Lambert定律,
步骤104:在大气垂直方向上与所有邻近像元上都进行积分,计算所有的从邻近像元出发,在不同高度的传感器IFOV内发生一次散射后被传感器接收到的辐射L1,公式4:
步骤2:获取由邻近像元出发,被大气向下散射到目标像元,再被目标像元反射,进而被传感器接收到的辐射L2,具体步骤如下:
步骤201:利用步骤1中的公式1–公式4的有关计算结果,获取给定大气模式下的大气点扩散函数gi,j,公式5:
其中,
步骤202:利用大气点扩散函数gi,j,计算地面背景场的等效发射率εbck与等效亮温Tbck,公式7、公式8:
其中,εi,j与Ti,j分别为邻近像元Ai,j的地表发射率与地表温度;
步骤203:引入大气层底半球反照率S,计算由邻近像元出发,被大气向下散射到目标像元,再被目标像元反射,进而被传感器接收到的辐射L2,公式9:
其中,τ为大气直接透过率,ε为目标像元的地表发射率,B为普朗克函数;
步骤3:根据步骤1、步骤2中的结果,计算由邻近效应影响造成的辐射;根据公式10计算由邻近效应影响造成的辐射Ladj,公式10:
Ladj=L1+L2 (10)。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤1中的气溶胶散射相函数P可以用Henyey-Greenstein函数近似表示,也可以从实测数据库中提取;实测数据库为F.X.Kneizys等1983年基于Mie散射理论所建的不同类型气溶胶在0.2-40μm波长范围内的散射相函数库。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911231077.9A CN110907040B (zh) | 2019-12-05 | 2019-12-05 | 一种定量模拟卫星观测热辐射中邻近效应大小的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911231077.9A CN110907040B (zh) | 2019-12-05 | 2019-12-05 | 一种定量模拟卫星观测热辐射中邻近效应大小的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110907040A true CN110907040A (zh) | 2020-03-24 |
CN110907040B CN110907040B (zh) | 2020-08-25 |
Family
ID=69822330
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201911231077.9A Active CN110907040B (zh) | 2019-12-05 | 2019-12-05 | 一种定量模拟卫星观测热辐射中邻近效应大小的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110907040B (zh) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009101257A1 (en) * | 2008-02-15 | 2009-08-20 | Teknillinen Korkeakoulu | Proximity josephson sensor |
CN102436643A (zh) * | 2011-11-02 | 2012-05-02 | 浙江大学 | 面向大气散射邻近效应的图像去雾方法 |
CN103954957A (zh) * | 2014-05-22 | 2014-07-30 | 北京空间机电研究所 | 一种基于分离大气mtf的遥感影像大气邻近效应校正方法 |
-
2019
- 2019-12-05 CN CN201911231077.9A patent/CN110907040B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009101257A1 (en) * | 2008-02-15 | 2009-08-20 | Teknillinen Korkeakoulu | Proximity josephson sensor |
CN102436643A (zh) * | 2011-11-02 | 2012-05-02 | 浙江大学 | 面向大气散射邻近效应的图像去雾方法 |
CN103954957A (zh) * | 2014-05-22 | 2014-07-30 | 北京空间机电研究所 | 一种基于分离大气mtf的遥感影像大气邻近效应校正方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
鲍云飞: "《多光谱遥感大气邻近效应的蒙特卡洛模拟与验证》", 《航天返回与遥感》 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110907040B (zh) | 2020-08-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102183237B (zh) | 一种地基双波段云高测量的装置和方法 | |
Wright et al. | Comparing MODIS daily snow albedo to spectral albedo field measurements in Central Greenland | |
CN102901516A (zh) | 一种基于绝对辐射定标的多光谱影像辐射校正方法 | |
KR20200004680A (ko) | 하늘 영상을 이용한 미세먼지 측정 시스템 | |
CN112798013A (zh) | 一种对光学载荷在轨绝对辐射定标结果进行验证的方法 | |
Tang et al. | A new visibility measurement system based on a black target and a comparative trial with visibility instruments | |
Wang et al. | Compensation method for infrared temperature measurement of explosive fireball | |
Wang et al. | A geometric model to simulate urban thermal anisotropy in simplified dense neighborhoods (GUTA-Dense) | |
Wu et al. | Real-time mid-wavelength infrared scene rendering with a feasible BRDF model | |
CN110907040B (zh) | 一种定量模拟卫星观测热辐射中邻近效应大小的方法 | |
Fontanilles et al. | Thermal infrared radiance simulation with aggregation modeling (TITAN): an infrared radiative transfer model for heterogeneous three-dimensional surface--application over urban areas | |
Jiang et al. | Intercalibration of SVISSR/FY-2C infrared channels against MODIS/Terra and AIRS/Aqua channels | |
Packard et al. | Simulation-based sensor modeling and at-range target detection characterization with MuSES | |
KR20100028337A (ko) | 구름을 통한 통신해양기상위성의 복사 보정 방법 | |
Brown et al. | Lidar measurements of solid rocket propellant fire particle plumes | |
Schiller et al. | Comprehensive Vicarious Calibration and Characterization of a Small Satellite Constellation Using the Specular Array Radiometric Calibration (SPARC) Method | |
Zhang et al. | VNIR image simulation based on low-level flight image data | |
Hodgkin et al. | Impact of path radiance on MWIR and LWIR imaging | |
Kim et al. | Post-flight radiometric calibration of the Korean geostationary satellite COMS meteorological imager | |
CN113449438B (zh) | 一种可见光至热红外波段对地遥感图像仿真方法 | |
Ma et al. | Uncertainty Analysis of the Automated Radiometric Calibration over Baotou Cal&Val Site in China | |
Toullier et al. | Study of measurements bias due to environmental and spatial discretization in long term thermal monitoring of structures by infrared thermography | |
Özsaraç et al. | Atmospheric effects removal for the infrared image sequences | |
Tang et al. | Validation of ZY1-02D Satellite Multispectral Sensor on-Orbit Radiometric Calibration Accuracy | |
Schäfer et al. | Application of ground-based hyperspectral imaging to retrieve ice crystal shape and fields of cirrus optical thickness |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |