CN113532652A - 一种基于浮标和大气再分析数据的红外遥感传感器绝对定标方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于浮标和大气再分析数据的红外遥感传感器绝对定标方法，包括以下步骤：获取浮标数据及卫星数据；匹配浮标数据及卫星数据；获取大气再分析数据；大气再分析数据匹配处理；辐射传输模拟；绝对辐射定标计算，本发明适用于红外遥感传感器绝对定标技术领域，通过利用浮标资料获取水表温度，利用大气再分析资料获取大气廓线数据，代替了场地辐射定标的野外测量工作，可以极大节省人力、物力和财力投入，降低了成本；同时，浮标资料和大气再分析场资料具有很高的时间频次，结合极轨和静止卫星观测可以极大的提高定标频次，实现红外遥感传感器的在轨高频次、准实时、自动化辐射定标。
Description
技术领域
本发明属于红外遥感传感器绝对辐射定标技术领域，具体是一种基于浮标和大气再分析数据的红外遥感传感器绝对定标方法。
背景技术
红外遥感传感器绝对辐射定标包括星上定标、场地定标和交叉定标，场地定标是使用一个经过严密鉴定的地面定标场和大气模式去确定传感器入瞳处的辐亮度，然后建立入瞳辐亮度与卫星观测计数值之间的定量关系来获取定标系数，通过开展野外星地同步观测试验，利用地表和大气测量仪器来获取卫星过境地面定标场时的地表和大气状态信息，从而完成辐射定标处理，场地定标是目前红外传感器绝对辐射定标的主要手段之一；
然而,在轨场地辐射绝对定标的野外测量工作繁琐，需要有大量的人力、物力和财力投入，造成了大量人力物力的浪费，同时，目前在轨场地辐射绝对定标定标频次低，野外同步观测实验的工作量大，观测参数多，数据处理流程复杂，精度难以控制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于浮标和大气再分析数据的红外遥感传感器绝对定标方法。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于浮标和大气再分析数据的红外遥感传感器绝对定标方法，包括以下步骤：
获取浮标数据及卫星数据；
匹配浮标数据及卫星数据；
获取大气再分析数据；
大气再分析数据匹配处理；
辐射传输模拟；
绝对辐射定标计算。
优选的，所述获取浮标数据及卫星数据，包括：获取浮标数据及获取卫星数据。
优选的，所述获取浮标数据，包括：基于原始浮标数据，获取浮标数据，其中，所述浮标数据包括浮标测量云量、浮标测量经纬度、浮标测量水温、浮标测量气温、浮标测量气压、浮标测量风向、浮标测量风速，以及浮标测量时间。
优选的，所述获取卫星数据，包括：基于原始卫星数据，获取卫星数据，其中，所述卫星数据包括待定标通道的红外观测图像数据、每个像素的经纬度、卫星观测天顶角、方位角、待定标通道的光谱响应函数、卫星观测时间。
优选的，所述匹配浮标数据及卫星数据，包括：基于浮标测量经纬度和浮标测量时间，对卫星观测数据进行空间和时间匹配处理。
优选的，所述对卫星观测数据进行空间和时间匹配处理，其方法为选取无云区域的若干匹配点，获取每个匹配点上的浮标数据和卫星数据；对若干个匹配点上的浮标数据和卫星数据取周边3×3窗口的像元DN值进行平均处理，得到若干个匹配点的卫星DN值均值。
优选的，所述获取大气再分析数据，包括：基于原始大气再分析数据，获取大气再分析数据，其中，所述大气再分析数据包括位势高度、温度廓线、湿度廓线、气压廓线数据、经纬度和时间。
优选的，所述大气再分析数据匹配处理，包括：基于浮标数据与卫星数据的匹配结果，获取匹配点的经纬度信息，根据经纬度从大气再分析数据集中提取与匹配点时间和空间相对应的大气再分析数据。
优选的，所述辐射传输模拟，基于MODTRAN模型，包括将获取的每个匹配点上的浮标测量水温、卫星观测天顶角、方位角、温度廓线、湿度廓线、气压廓线数据、待定标通道的光谱响应函数及时间信息输入MODTRAN模型，模拟获得每个匹配点上的大气层顶通道表观辐亮度。
优选的，所述绝对辐射定标计算，包括：基于每个匹配点上的大气层顶通道表观辐亮度和卫星DN值均值，通过线性回归计算得到待定标通道的绝对辐射定标系数。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明利用浮标资料获取水表温度，利用大气再分析资料获取大气廓线数据，代替了场地辐射定标的野外测量工作，可以极大节省人力、物力和财力投入，降低了成本；
本发明中，浮标资料和大气再分析场资料具有很高的时间频次，结合极轨和静止卫星观测可以极大的提高定标频次，实现红外遥感传感器的在轨高频次、准实时、自动化辐射定标。
附图说明
图1是本发明一种基于浮标和大气再分析数据的红外遥感传感器绝对定标方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图1，进一步说明本发明一种基于浮标和大气再分析数据的红外遥感传感器绝对定标方法的具体实施方式。本发明一种基于浮标和大气再分析数据的红外遥感传感器绝对定标方法不限于以下实施例的描述。
实施例1：
本实施例给出一种基于浮标和大气再分析数据的红外遥感传感器绝对定标方法的具体结构，如图1所示，包括以下步骤：
获取浮标数据及卫星数据；
匹配浮标数据及卫星数据；
获取大气再分析数据；
大气再分析数据匹配处理；
辐射传输模拟；
绝对辐射定标计算。
具体地，所述获取浮标数据及卫星数据，包括：获取浮标数据及获取卫星数据。
具体地，所述获取浮标数据，包括：基于原始浮标数据，获取浮标数据，其中，所述浮标数据包括浮标测量云量、浮标测量经纬度、浮标测量水温、浮标测量气温、浮标测量气压、浮标测量风向、浮标测量风速，以及浮标测量时间。
具体地，所述获取卫星数据，包括：基于原始卫星数据，获取卫星数据，其中，所述卫星数据包括待定标通道的红外观测图像数据、每个像素的经纬度、卫星观测天顶角、方位角、待定标通道的光谱响应函数、卫星观测时间。
具体地，所述匹配浮标数据及卫星数据，包括：基于浮标测量经纬度和浮标测量时间，对卫星观测数据进行空间和时间匹配处理。
具体地，所述对卫星观测数据进行空间和时间匹配处理，其方法为选取无云区域的若干匹配点，获取每个匹配点上的浮标数据和卫星数据；对若干个匹配点上的浮标数据和卫星数据取周边3×3窗口的像元DN值进行平均处理，得到若干个匹配点的卫星DN值均值。
进一步的，所述获取大气再分析数据，包括：基于原始大气再分析数据，获取大气再分析数据，其中，所述大气再分析数据包括位势高度、温度廓线、湿度廓线、气压廓线数据、经纬度和时间。
进一步的，所述大气再分析数据匹配处理，包括：基于浮标数据与卫星数据的匹配结果，获取匹配点的经纬度信息，根据经纬度从大气再分析数据集中提取与匹配点时间和空间相对应的大气再分析数据。
进一步的，所述辐射传输模拟，基于MODTRAN模型，包括将获取的每个匹配点上的浮标测量水温、卫星观测天顶角、方位角、温度廓线、湿度廓线、气压廓线数据、待定标通道的光谱响应函数及时间信息输入MODTRAN模型，模拟获得每个匹配点上的大气层顶通道表观辐亮度。
进一步的，所述绝对辐射定标计算，包括：基于每个匹配点上的大气层顶通道表观辐亮度和卫星DN值均值，通过线性回归计算得到待定标通道的绝对辐射定标系数。
工作原理：如图1所示，首先，筛选原始浮标数据，获取浮标测量云量、浮标测量经纬度、浮标测量水温、浮标测量气温、浮标测量气压、浮标测量风向、浮标测量风速等浮标数据，以及浮标测量时间，同时，筛选原始卫星数据，获取待定标通道的红外观测图像数据、每个像素的经纬度、卫星观测天顶角、方位角、待定标通道的光谱响应函数、卫星观测时间等卫星数据；
其次，以读取的浮标数据经纬度和观测时间为参考基准，对卫星观测数据进行空间和时间匹配处理，选取无云区域的若干匹配点，获取每个匹配点上的浮标数据和卫星数据；分别对每个匹配点上的浮标数据和卫星数据取周边3×3窗口的像元DN值取平均，得到每个匹配点的卫星DN值均值；
然后，基于原始大气再分析数据，获取位势高度、温度廓线、湿度廓线、气压廓线数据、经纬度和时间等大气再分析数据，基于浮标数据与卫星数据的匹配结果，获取匹配点的经纬度信息，根据经纬度从大气再分析数据集中提取与匹配点时间和空间相对应的大气再分析数据；
再然后，基于MODTRAN模型，将获取的每个匹配点上的浮标测量水温、卫星观测天顶角、方位角、温度廓线、湿度廓线、气压廓线数据、待定标通道的光谱响应函数及时间信息输入MODTRAN模型，模拟获得每个匹配点上的大气层顶通道表观辐亮度；
最后，基于每个匹配点上的大气层顶通道表观辐亮度和卫星DN值均值，通过线性回归计算得到待定标通道的绝对辐射定标系数；
本发明利用浮标资料获取水表温度，利用大气再分析资料获取大气廓线数据，代替了场地辐射定标的野外测量工作，可以极大节省人力、物力和财力投入，降低了成本；
本发明中，浮标资料和大气再分析场资料具有很高的时间频次，结合极轨和静止卫星观测可以极大的提高定标频次，实现红外遥感传感器的在轨高频次、准实时、自动化辐射定标。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于浮标和大气再分析数据的红外遥感传感器绝对定标方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取浮标数据及卫星数据；
匹配浮标数据及卫星数据；
获取大气再分析数据；
大气再分析数据匹配处理；
辐射传输模拟；
绝对辐射定标计算。
2.如权利要求1所述的一种基于浮标和大气再分析数据的红外遥感传感器绝对定标方法，其特征在于，所述获取浮标数据及卫星数据，包括：获取浮标数据及获取卫星数据。
3.如权利要求2所述的一种基于浮标和大气再分析数据的红外遥感传感器绝对定标方法，其特征在于，所述获取浮标数据，包括：基于原始浮标数据，获取浮标数据，其中，所述浮标数据包括浮标测量云量、浮标测量经纬度、浮标测量水温、浮标测量气温、浮标测量气压、浮标测量风向、浮标测量风速，以及浮标测量时间。
4.如权利要求3所述的一种基于浮标和大气再分析数据的红外遥感传感器绝对定标方法，其特征在于，所述获取卫星数据，包括：基于原始卫星数据，获取卫星数据，其中，所述卫星数据包括待定标通道的红外观测图像数据、每个像素的经纬度、卫星观测天顶角、方位角、待定标通道的光谱响应函数、卫星观测时间。
5.如权利要求4所述的一种基于浮标和大气再分析数据的红外遥感传感器绝对定标方法，其特征在于，所述匹配浮标数据及卫星数据，包括：基于浮标测量经纬度和浮标测量时间，对卫星观测数据进行空间和时间匹配处理。
6.如权利要求5所述的一种基于浮标和大气再分析数据的红外遥感传感器绝对定标方法，其特征在于：所述对卫星观测数据进行空间和时间匹配处理，其方法为选取无云区域的若干匹配点，获取每个匹配点上的浮标数据和卫星数据；对若干个匹配点上的浮标数据和卫星数据取周边3×3窗口的像元DN值进行平均处理，得到若干个匹配点的卫星DN值均值。
7.如权利要求6所述的一种基于浮标和大气再分析数据的红外遥感传感器绝对定标方法，其特征在于，所述获取大气再分析数据，包括：基于原始大气再分析数据，获取大气再分析数据，其中，所述大气再分析数据包括位势高度、温度廓线、湿度廓线、气压廓线数据、经纬度和时间。
8.如权利要求7所述的一种基于浮标和大气再分析数据的红外遥感传感器绝对定标方法，其特征在于，所述大气再分析数据匹配处理，包括：基于浮标数据与卫星数据的匹配结果，获取匹配点的经纬度信息，根据经纬度从大气再分析数据集中提取与匹配点时间和空间相对应的大气再分析数据。
9.如权利要求8所述的一种基于浮标和大气再分析数据的红外遥感传感器绝对定标方法，其特征在于：所述辐射传输模拟，基于MODTRAN模型，包括将获取的每个匹配点上的浮标测量水温、卫星观测天顶角、方位角、温度廓线、湿度廓线、气压廓线数据、待定标通道的光谱响应函数及时间信息输入MODTRAN模型，模拟获得每个匹配点上的大气层顶通道表观辐亮度。
10.如权利要求9所述的一种基于浮标和大气再分析数据的红外遥感传感器绝对定标方法，其特征在于，所述绝对辐射定标计算，包括：基于每个匹配点上的大气层顶通道表观辐亮度和卫星DN值均值，通过线性回归计算得到待定标通道的绝对辐射定标系数。
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