CN113534203B - 基于aeronet气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法 - Google Patents

基于aeronet气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113534203B
CN113534203B CN202110782489.2A CN202110782489A CN113534203B CN 113534203 B CN113534203 B CN 113534203B CN 202110782489 A CN202110782489 A CN 202110782489A CN 113534203 B CN113534203 B CN 113534203B
Authority
CN
China
Prior art keywords
satellite
calibration
reflectivity
calibrated
aeronet
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.)
Active
Application number
CN202110782489.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113534203A (zh
Inventor
杨松
黄帅
白杨
田世强
贾益
钟兴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chang Guang Satellite Technology Co Ltd
Original Assignee
Chang Guang Satellite Technology Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chang Guang Satellite Technology Co Ltd filed Critical Chang Guang Satellite Technology Co Ltd
Priority to CN202110782489.2A priority Critical patent/CN113534203B/zh
Publication of CN113534203A publication Critical patent/CN113534203A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113534203B publication Critical patent/CN113534203B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13Receivers
    • G01S19/23Testing, monitoring, correcting or calibrating of receiver elements
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10Complex mathematical operations
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10Complex mathematical operations
    • G06F17/11Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于AERONET气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法,包括:选取定标区域以及确定交叉定标影像;使用大气辐射传输模型反演出定标区域的各景影像以及各谱段的地表反射率;三次样条插值得到地表反射率光谱;计算参考卫星各谱段的第一模拟表观反射率以及假定参考卫星在与待定标卫星观测条件完全相同情况下的各谱段的第二模拟表观反射率;计算参考卫星在待定标卫星观测条件下定标区域各谱段的第一表观反射率参考真值和待定标卫星各谱段的第二表观反射率参考真值;最后计算得到待定标卫星各谱段的在轨绝对辐射定标增益系数。本发明定标方法的定标结果整体精度较高,且不需要定标人员亲自前往定标区域进行地面同步测量,定标成本低。

Description

基于AERONET气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法
技术领域
本发明涉及遥感技术领域,特别是涉及一种基于AERONET气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法。
背景技术
在轨绝对辐射定标是保证遥感卫星传感器在轨绝对辐射精度的基础,是利用遥感影像中的辐射信息进行定量化应用的前提。在轨交叉辐射定标方法是通过将在轨绝对辐射精度较高的参考卫星传感器的辐射观测值结合大气辐射传输模型转化为待定标卫星传感器的辐射观测参考真值,再根据待定标卫星的辐射观测值对应像元灰度值来得到待定标卫星的在轨绝对辐射定标系数的方法。与场地定标方法相比,其需要更低的人力成本、经济成本,容易实现相对更高的定标频次。但由于缺少参考卫星与待定标卫星成像时刻的同步大气参数测量值以及定标区域的同步地面反射率测量值而比场地定标具有更低的绝对定标精度。
目前常规的在轨交叉辐射定标方法,在使用大气辐射传输模型模拟参考卫星与待定标卫星的表观辐亮度(表观反射率)时,因为缺少两卫星成像时刻的同步大气测量数据以及定标区域的同步地表反射率数据,而将同类地物的反射率光谱作为定标区域的反射率输入模型,同时将模型中的大气参数设置为缺省值。这种非精确的、非同步的大气和地面反射率输入,将使得在轨交叉辐射定标精度受到限制,导致定标精度较低。
发明内容
本发明为了解决常规在轨交叉辐射定标算法因缺少地面同步测量的大气、地面数据而导致定标精度较低的问题,提供了一种基于AERONET气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法,该方法利用全球自动观测网(Aerosol Robotic Network,AERONET)的气溶胶产品中的气溶胶、水汽、臭氧数据,结合大气辐射传输模型,实现对遥感卫星传感器的高精度在轨交叉辐射定标。
为解决上述问题,本发明采取如下的技术方案:
一种基于AERONET气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法,包括以下步骤:
步骤一:选取用于对待定标卫星进行在轨交叉辐射定标的定标区域;
步骤二:针对所述定标区域,根据预设条件分别确定参考卫星和待定标卫星的交叉定标影像;
步骤三:以步骤二中待定标卫星的交叉定标影像成像日期前后预设时间范围内,参考卫星对所述定标区域成像获得的各幅影像作为反射率反演影像,使用所述反射率反演影像以及参考卫星的绝对定标系数计算所述定标区域的各谱段的表观反射率,并结合各幅影像成像时刻的AERONET气溶胶数据,使用大气辐射传输模型反演出所述定标区域的各谱段的地表反射率;
步骤四:剔除各谱段的地表反射率数据中的异常值后,计算各谱段的地表反射率均值,并将各谱段的地表反射率均值按各谱段的中心波长进行三次样条插值,插值拟合后得到地表反射率光谱;
步骤五:将所述地表反射率光谱、参考卫星的光谱响应函数、参考卫星的交叉定标影像的观测几何参数、参考卫星的交叉定标影像成像时刻的AERONET气溶胶数据均输入大气辐射传输模型,得到参考卫星各谱段的第一模拟表观反射率,以及将所述地表反射率光谱、参考卫星的光谱响应函数、待定标卫星的交叉定标影像的观测几何参数、待定标卫星的交叉定标影像成像时刻的AERONET气溶胶数据均输入大气辐射传输模型,得到假定参考卫星在与待定标卫星观测条件完全相同情况下的各谱段的第二模拟表观反射率;
步骤六:将对应谱段的所述第二模拟表观反射率与所述第一模拟表观反射率相除,得到将参考卫星表观反射率由参考卫星观测条件下向待定标卫星观测条件下转换的匹配因子;根据参考卫星定标区域的影像灰度值和绝对定标系数计算出参考卫星中定标区域各谱段的表观反射率测量值;将对应谱段的匹配因子与表观反射率测量值相乘,得到参考卫星在待定标卫星观测条件下定标区域各谱段的第一表观反射率参考真值;
步骤七:将参考卫星各谱段的第一表观反射率参考真值按参考卫星各谱段的中心波长进行三次样条插值,插值拟合后得到待定标卫星的表观反射率光谱参考真值;根据所述表观反射率光谱参考真值和待定标卫星的光谱响应函数计算出待定标卫星各谱段的第二表观反射率参考真值;
步骤八:根据所述第二表观反射率参考真值、待定标卫星成像时刻定标区域各谱段的太阳辐照度值、太阳高度角、日地距离和灰度均值计算得到待定标卫星各谱段的在轨绝对辐射定标增益系数。
与已有的在轨交叉辐射定标方法相比,本发明具有以下有益效果:
本发明所提出的基于AERONET气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法,通过使用参考卫星的辐射观测值和AERONET气溶胶数据来实现对定标区域地表反射率的反演,该反演数据的反演精度主要由参考卫星的定标精度和大气辐射传输模型的反演算法精度组成,与同类地物反射率光谱相比具有更高的置信度;将AERONET气溶胶数据作为大气辐射传输模型的输入,与对模型中的大气参数进行缺省设置的方案相比,可得到精度更高的匹配因子;将通过匹配因子计算得到的各谱段第一表观反射率参考真值进行三次样条插值处理得到待定标卫星的表观反射率光谱参考真值,再结合待定标卫星各谱段的光谱响应函数,可实现在参考卫星传感器不具备相似宽谱段设置情况下对待定标卫星宽谱段的定标。本发明所提出的基于AERONET气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法,定标结果整体精度较高,同时,由于整个定标过程基于AERONET站点发布的气溶胶数据,不需要定标人员亲自前往定标区域进行地面同步测量,从而具有较低的定标成本。
附图说明
图1为本发明所述的基于AERONET气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法的流程图;
图2为Mezaira气溶胶观测站点及定标区域的吉林一号光谱01卫星影像图;
图3为地表反射率光谱图;
图4为交叉定标结果与场地定标结果对比图。
具体实施方式
AERONET气溶胶观测网由全球500多个地基气溶胶观测站点组成,利用CIMEL自动太阳光度计作为基本观测仪器可实现每天不同时刻的大气参数的测量。其提供的气溶胶数据包含输入大气辐射传输模型所需的水汽含量、臭氧含量,同时可由其提供的440nm、870nm处的气溶胶光学厚度计算出550nm处的气溶胶光学厚度作为大气辐射传输模型的输入。因此,本发明通过对AERONET气溶胶数据进行合理的处理、使用,来实现对常规的在轨交叉辐射定标方法的定标精度的改善。下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
本发明所提出的一种基于AERONET气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法的流程图如图1所示,具体包括以下步骤:
步骤一:选取用于对待定标卫星进行在轨交叉辐射定标的定标区域。
本步骤根据各AERONET站点的经纬度,在参考卫星与待定标卫星中选择分辨率更低的传感器影像为对象来确定可使用的定标区域,统计在各幅传感器影像中距离各AERONET站点预设距离(例如20公里)以内且满足各谱段影像上3×3像元标准差除以均值小于阈值(例如1%)的非植被、非水体区域作为定标区域。
步骤二:针对步骤一中选取的可使用的定标区域,根据预设条件分别确定参考卫星和待定标卫星的交叉定标影像,用于后续的大气辐射传输模型反演计算以及第一模拟表观反射率、第二模拟表观反射率的计算等。
本步骤中的预设条件为:参考卫星与待定标卫星的观测天顶角均小于角度阈值(例如20度)、两卫星成像间隔小于时长阈值(例如2小时)、两卫星成像时刻前后时间阈值(例如20分钟)内存在AERONET有效测量数据的影像,即针对定标区域,寻找参考卫星与待定标卫星的观测天顶角均小于20度、两卫星成像间隔小于2小时、两卫星成像时刻前后20分钟内存在AERONET有效测量数据的影像作为交叉定标影像。
步骤三:寻找步骤二中确定的待定标卫星成像日期前后预设时间范围(例如7天)内的、对定标区域成像的参考卫星的各幅影像,并以各幅影像作为反射率反演影像,使用反射率反演影像及参考卫星的绝对定标系数计算定标区域的各谱段表观反射率,结合各幅影像各自成像时刻的AERONET气溶胶数据,使用大气辐射传输模型反演出定标区域的各景影像以及各谱段的地表反射率。
步骤四:将步骤三中反演得到的定标区域的各谱段多组地表反射率数据进行异常值剔除,即将各谱段中偏离相应地表反射率均值±5%的地表反射率值作为异常值剔除,多次迭代无异常值后,计算各谱段的地表反射率均值,并将各谱段的地表反射率均值按各谱段的中心波长进行三次样条插值,插值拟合后得到作为进行交叉定标的定标区域的地表反射率光谱ρ。三次样条插值(Cubic Spline Interpolation)简称Spline插值,是通过一系列形值点的一条光滑曲线,数学上通过求解三弯矩方程组得出曲线函数组的过程。本步骤中的地表反射率光谱ρ是以波长为横坐标、以地表反射率为纵坐标,将各谱段的地表反射率均值按照各谱段的中心波长进行三次样条插值拟合得到的。
步骤五:将步骤四中的地表反射率光谱ρ作为大气辐射传输模型的输入,同时将参考卫星的光谱响应函数(卫星固有特性)、步骤二中参考卫星交叉定标影像的观测几何参数以及参考卫星交叉定标影像的成像时刻的AERONET气溶胶数据输入该大气辐射传输模型,得到参考卫星各谱段的第一模拟表观反射率ρtoa1,model;与上述过程可并行执行的是,将步骤四中的地表反射率光谱ρ作为大气辐射传输模型的输入,同时将参考卫星的光谱响应函数、步骤二中待定标卫星交叉定标影像的观测几何参数以及待定标卫星交叉定标影像的成像时刻的AERONET气溶胶数据输入该大气辐射传输模型,得到假定参考卫星在与待定标卫星观测条件完全相同情况下的各谱段的第二模拟表观反射率ρtoa2,model(这里是假设把参考卫星放在待定标卫星的位置、时间进行成像时,求得对应的模拟表观反射率,所以输入大气辐射传输模型的是参考卫星的光谱响应函数和待定标卫星的观测几何参数)。
步骤六:将步骤五中得到的对应谱段的第二模拟表观反射率ρtoa2,model与第一模拟表观反射率ρtoa1,model相除,得到将参考卫星表观反射率由参考卫星观测条件下向待定标卫星观测条件下转换的匹配因子K;接下来,通过参考卫星定标区域的影像灰度值(该灰度值由交叉定标影像提取得到)和绝对定标系数计算出参考卫星中定标区域各谱段的表观反射率测量值ρtoa1,measure;最后,将对应谱段的匹配因子K与表观反射率测量值ρtoa1,measure相乘,计算得到参考卫星在待定标卫星观测条件下定标区域各谱段的第一表观反射率参考真值ρtoa1-2,measure,计算公式如公式(1)所示:
ρtoa1-2,measure=K×ρtoa1,measure (1)
步骤七:将步骤六中得到的参考卫星各谱段的第一表观反射率参考真值ρtoa1-2,measure按参考卫星各谱段的中心波长进行三次样条插值,插值拟合后得到待定标卫星的表观反射率光谱参考真值ρtoa2(λ);表观反射率光谱参考真值ρtoa2(λ)结合待定标卫星的光谱响应函数R(λ),计算得到待定标卫星各谱段的第二表观反射率参考真值ρtoa2,计算公式如公式(2)所示:
Figure BDA0003157571440000061
步骤八:步骤七得到的第二表观反射率参考真值ρtoa2再结合待定标卫星成像时刻定标区域各谱段的太阳辐照度值ES、太阳高度角θS、日地距离d和定标区域的灰度均值DN,通过公式(3)最终计算得到待定标卫星各谱段的在轨绝对辐射定标增益系数a,至此,完成了对待定标卫星的在轨交叉辐射定标。
Figure BDA0003157571440000062
在轨使用时,在轨绝对辐射定标增益系数a与灰度值的乘积即为传感器的表观辐亮度。
本发明所提出的基于AERONET气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法,通过使用参考卫星的辐射观测值和AERONET气溶胶数据来实现对定标区域地表反射率的反演,该反演数据的反演精度主要由参考卫星的定标精度和大气辐射传输模型的反演算法精度组成,与同类地物反射率光谱相比具有更高的置信度;将AERONET气溶胶数据作为大气辐射传输模型的输入,与对模型中的大气参数进行缺省设置的方案相比,可得到精度更高的匹配因子;将通过匹配因子计算得到的各谱段第一表观反射率参考真值进行三次样条插值处理得到待定标卫星的表观反射率光谱参考真值,再结合待定标卫星各谱段的光谱响应函数,可实现在参考卫星传感器不具备相似宽谱段设置情况下对待定标卫星宽谱段的定标。本发明所提出的基于AERONET气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法,定标结果整体精度较高,同时,由于整个定标过程基于AERONET站点发布的气溶胶数据,不需要定标人员亲自前往定标区域进行地面同步测量,从而具有较低的定标成本。
为更好地说明本发明涉及的一种基于AERONET气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法,下面使用该方法以FY-3D卫星为参考卫星对吉林一号光谱01卫星(以下简称光谱01卫星)进行了在轨交叉定标,并采用6SV大气辐射传输模型,并以此为例说明具体的实施过程:
步骤一:根据各AERONET站点的经纬度,在FY-3D卫星MERSI-2传感器的影像中(FY-3D卫星与光谱01卫星相比,FY-3D卫星的传感器分辨率更低,因此选择FY-3D卫星的传感器影像为对象来确定可使用的定标区域),统计在各幅传感器影像中距离各AERONET站点20公里以内且满足各谱段影像上3×3像元标准差除以均值小于1%的非植被、非水体区域作为可使用的定标区域。经筛选,Mezaira气溶胶观测站点(即Mezaira站点)附近以纬度23.25°、经度53.65°为中心的3公里×3公里区域满足作为定标区域的条件,该中心即为定标区域中心,Mezaira气溶胶观测站点及定标区域在光谱01卫星上的影像如图2所示,然后执行步骤二;
步骤二:针对步骤一中选取的定标区域,寻找FY-3D卫星与光谱01卫星的观测天顶角均小于20度、两卫星成像间隔小于2小时、对应的AERONET站点气溶胶数据中在两卫星成像时刻前后20分钟内存在有效测量数据的影像作为交叉定标影像,选取的数据为FY-3D卫星于2020年10月9日北京时间17点35分成像的影像,以及光谱01卫星于2020年10月9日北京时间16点28分成像的影像,然后执行步骤三;
步骤三:寻找步骤二中确定的光谱01卫星成像日期前后7天时间范围内的、对定标区域成像的FY-3D卫星的各幅影像作为反射率反演影像,使用反射率反演影像及FY-3D卫星的绝对定标系数计算定标区域的各谱段表观反射率,结合各幅影像各自成像时刻的AERONET气溶胶数据,使用6SV大气辐射传输模型反演出定标区域的各景影像以及各谱段的地表反射率,然后执行步骤四;
步骤四:将步骤三中反演得到的定标区域的各谱段多组地表反射率数据进行异常值剔除,即将各谱段中偏离相应地表反射率均值±5%的地表反射率值作为异常值剔除,多次迭代无异常值后,计算各谱段的地表反射率均值,并将各谱段的地表反射率均值按各谱段的中心波长进行三次样条插值,插值拟合后得到作为进行交叉定标的地表反射率光谱ρ,地表反射率光谱图如图3所示,然后执行步骤五;
步骤五:将步骤四中的地表反射率光谱ρ作为6SV大气辐射传输模型的输入,同时将FY-3D卫星的光谱响应函数、步骤二中FY-3D卫星交叉定标影像的观测几何参数以及FY-3D卫星交叉定标影像的成像时刻的AERONET气溶胶数据输入该6SV大气辐射传输模型,得到FY-3D卫星各谱段的第一模拟表观反射率ρtoa1,model;与上述过程可并行执行的是,将步骤四中的地表反射率光谱ρ作为6SV大气辐射传输模型的输入,同时将FY-3D卫星的光谱响应函数、步骤二中光谱01卫星交叉定标影像的观测几何参数以及光谱01卫星交叉定标影像的成像时刻的AERONET气溶胶数据输入该6SV大气辐射传输模型,得到假定FY-3D卫星在与光谱01卫星观测条件完全相同情况下的各谱段的第二模拟表观反射率ρtoa2,model,然后执行步骤六;
步骤六:将步骤五中得到的对应谱段的第二模拟表观反射率ρtoa2,model与第一模拟表观反射率ρtoa1,model相除,得到将FY-3D卫星表观反射率由FY-3D卫星交叉定标影像观测条件下向光谱01卫星交叉定标影像观测条件下转换的匹配因子K;使用FY-3D卫星影像灰度值和绝对定标系数计算出FY-3D卫星影像中定标区域各谱段的表观反射率测量值ρtoa1,measure;最后,将对应谱段的匹配因子K与表观反射率测量值ρtoa1,measure相乘,计算得到FY-3D卫星在光谱01卫星观测条件下定标区域各谱段的第一表观反射率参考真值ρtoa1-2,measure,计算公式如公式(1)所示,完成后执行步骤七;
步骤七:将步骤六中得到的FY-3D卫星各谱段的第一表观反射率参考真值ρtoa1-2,measure按FY-3D卫星各谱段的中心波长进行三次样条插值,插值拟合后得到光谱01卫星的表观反射率光谱参考真值ρtoa2(λ);表观反射率光谱参考真值ρtoa2(λ)结合光谱01卫星的光谱响应函数R(λ),计算得到光谱01卫星各谱段的第二表观反射率参考真值ρtoa2,计算公式如公式(2)所示,完成后执行步骤八;
步骤八:步骤七得到的第二表观反射率参考真值ρtoa2再结合光谱01卫星成像时刻定标区域各谱段的太阳辐照度值ES、太阳高度角θS、日地距离d和定标区域的灰度均值DN,通过公式(3)最终计算得到光谱01卫星各谱段的在轨绝对辐射定标增益系数a,至此,完成了对光谱01卫星的在轨交叉辐射定标。
针对吉林一号光谱01卫星,定标人员于2020年9月17日在敦煌场地进行了场地绝对辐射定标实验,为了验证本发明的在轨交叉辐射定标方法的定标精度,通过使用本发明得到的在轨绝对辐射定标增益系数计算得到的天顶辐亮度与场地定标实验计算得到的天顶辐亮度进行对比,结果如图4所示,图中圆圈代表各个波段下场地定标辐亮度结果,三角形代表各个波段下本发明的交叉定标辐亮度结果。由于参考卫星与待定标卫星的谱段匹配程度会影响定标精度,因此这里只统计分析两卫星中心波长差小于20nm的窄通道(有效带宽小于100nm)以及全色谱的定标结果。共有14个窄通道的定标结果被统计,与场地定标结果相比,14个窄通道的平均定标误差为4.5%,其中有9个通道的定标误差小于4%,4个通道的定标误差小于2%,受反演反射率光谱插值计算过程引入的误差影响,有2个谱段定标误差大于10%,剔除后其余谱段平均定标误差为2.8%。另外的1个全色谱段,与场地定标结果相比的定标误差为2.2%。综上所述,本发明所提出的基于AERONET气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法,定标结果整体精度较高。
通过本发明所提供的一种基于AERONET气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法,可在一定程度上解决常规交叉定标方法中缺少卫星成像时刻的同步大气数据、地表反射率数据而造成定标精度较低的问题。若以定标精度较高的场地定标结果作为定标精度对比验证对象,则通过使用FY-3D卫星对吉林一号光谱01卫星进行交叉定标的试验实例表明,本发明的定标方法可实现多数通道4%以内的定标误差,个别通道的定标误差甚至低于2%,所有参考卫星存在相似谱段设置的通道的平均定标误差为4.5%。另外针对FY-3D卫星缺少相似谱段设置的全色通道,仍可实现不超过2.2%的定标误差。由于整个定标过程基于AERONET站点发布的气溶胶数据,不需要定标人员亲自前往定标区域进行地面同步测量,从而具有较低的定标成本。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种基于AERONET气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:选取用于对待定标卫星进行在轨交叉辐射定标的定标区域;
步骤二:针对所述定标区域,根据预设条件分别确定参考卫星和待定标卫星的交叉定标影像;
步骤三:以步骤二中待定标卫星的交叉定标影像成像日期前后预设时间范围内,参考卫星对所述定标区域成像获得的各幅影像作为反射率反演影像,使用所述反射率反演影像以及参考卫星的绝对定标系数计算所述定标区域的各谱段的表观反射率,并结合各幅影像成像时刻的AERONET气溶胶数据,使用大气辐射传输模型反演出所述定标区域的各谱段的地表反射率;
步骤四:剔除各谱段的地表反射率数据中的异常值后,计算各谱段的地表反射率均值,并将各谱段的地表反射率均值按各谱段的中心波长进行三次样条插值,插值拟合后得到地表反射率光谱;
步骤五:将所述地表反射率光谱、参考卫星的光谱响应函数、参考卫星的交叉定标影像的观测几何参数、参考卫星的交叉定标影像成像时刻的AERONET气溶胶数据均输入大气辐射传输模型,得到参考卫星各谱段的第一模拟表观反射率,以及将所述地表反射率光谱、参考卫星的光谱响应函数、待定标卫星的交叉定标影像的观测几何参数、待定标卫星的交叉定标影像成像时刻的AERONET气溶胶数据均输入大气辐射传输模型,得到假定参考卫星在与待定标卫星观测条件完全相同情况下的各谱段的第二模拟表观反射率;
步骤六:将对应谱段的所述第二模拟表观反射率与所述第一模拟表观反射率相除,得到将参考卫星表观反射率由参考卫星观测条件下向待定标卫星观测条件下转换的匹配因子;根据参考卫星定标区域的影像灰度值和绝对定标系数计算出参考卫星中定标区域各谱段的表观反射率测量值;将对应谱段的匹配因子与表观反射率测量值相乘,得到参考卫星在待定标卫星观测条件下定标区域各谱段的第一表观反射率参考真值;
步骤七:将参考卫星各谱段的第一表观反射率参考真值按参考卫星各谱段的中心波长进行三次样条插值,插值拟合后得到待定标卫星的表观反射率光谱参考真值;根据所述表观反射率光谱参考真值和待定标卫星的光谱响应函数计算出待定标卫星各谱段的第二表观反射率参考真值;
步骤八:根据所述第二表观反射率参考真值、待定标卫星成像时刻定标区域各谱段的太阳辐照度值、太阳高度角、日地距离和灰度均值计算得到待定标卫星各谱段的在轨绝对辐射定标增益系数。
2.根据权利要求1所述的基于AERONET气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法,其特征在于,按照以下规则选取所述定标区域:
根据各AERONET站点的经纬度,选择参考卫星和待定标卫星中分辨率更低的传感器影像,统计在各幅传感器影像中距离各AERONET站点预设距离以内且满足各谱段影像上3×3像元标准差除以均值小于阈值的非植被、非水体区域作为所述定标区域。
3.根据权利要求2所述的基于AERONET气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法,其特征在于,
所述预设距离为20公里,所述阈值为1%。
4.根据权利要求1所述的基于AERONET气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法,其特征在于,所述预设条件为:
参考卫星与待定标卫星的观测天顶角均小于角度阈值、两卫星成像间隔小于时长阈值、两卫星成像时刻前后时间阈值内存在AERONET有效测量数据的影像。
5.根据权利要求4所述的基于AERONET气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法,其特征在于,
所述角度阈值为20度,所述时长阈值为2小时,所述时间阈值为20分钟。
6.根据权利要求1所述的基于AERONET气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法,其特征在于,
所述预设时间范围为7天。
7.根据权利要求1所述的基于AERONET气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法,其特征在于,
所述异常值为各谱段中偏离相应地表反射率均值±5%的地表反射率值。
8.根据权利要求1所述的基于AERONET气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法,其特征在于,
所述大气辐射传输模型为6SV大气辐射传输模型。
CN202110782489.2A 2021-07-12 2021-07-12 基于aeronet气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法 Active CN113534203B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110782489.2A CN113534203B (zh) 2021-07-12 2021-07-12 基于aeronet气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110782489.2A CN113534203B (zh) 2021-07-12 2021-07-12 基于aeronet气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113534203A CN113534203A (zh) 2021-10-22
CN113534203B true CN113534203B (zh) 2022-08-23

Family

ID=78098446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110782489.2A Active CN113534203B (zh) 2021-07-12 2021-07-12 基于aeronet气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113534203B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5075856A (en) * 1989-07-17 1991-12-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force System for modelling low resolution atmospheric propagation
CN102279393A (zh) * 2011-07-15 2011-12-14 北京航空航天大学 一种基于多光谱传感器对高光谱传感器交叉辐射定标方法
CN104019753A (zh) * 2014-06-17 2014-09-03 杭州电子科技大学 一种基于modis数据反演城市大气气溶胶光学厚度的方法
CN107219497A (zh) * 2017-05-17 2017-09-29 武汉大学 用于大观测角传感器的交叉辐射定标方法及系统
CN107230186A (zh) * 2016-03-23 2017-10-03 中国科学院遥感与数字地球研究所 一种卫星遥感影像物理匀色方法
CN107907892A (zh) * 2017-09-15 2018-04-13 长光卫星技术有限公司 一种基于pxi架构的导航信号模拟器、闭环控制器和闭环测试方法
CN109213964A (zh) * 2018-07-13 2019-01-15 中南大学 一种融合多源特征地理参数的卫星aod产品校正方法
CN112884342A (zh) * 2021-03-10 2021-06-01 陕西九州遥感信息技术有限公司 一种水色卫星大气层顶辐射产品质量评价与交叉定标方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8989652B2 (en) * 2011-09-09 2015-03-24 The Boeing Company Advanced timing and time transfer for satellite constellations using crosslink ranging and an accurate time source
AU2020213747A1 (en) * 2019-01-30 2021-08-19 Aeroqual Ltd. Method for calibrating networks of environmental sensors

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5075856A (en) * 1989-07-17 1991-12-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force System for modelling low resolution atmospheric propagation
CN102279393A (zh) * 2011-07-15 2011-12-14 北京航空航天大学 一种基于多光谱传感器对高光谱传感器交叉辐射定标方法
CN104019753A (zh) * 2014-06-17 2014-09-03 杭州电子科技大学 一种基于modis数据反演城市大气气溶胶光学厚度的方法
CN107230186A (zh) * 2016-03-23 2017-10-03 中国科学院遥感与数字地球研究所 一种卫星遥感影像物理匀色方法
CN107219497A (zh) * 2017-05-17 2017-09-29 武汉大学 用于大观测角传感器的交叉辐射定标方法及系统
CN107907892A (zh) * 2017-09-15 2018-04-13 长光卫星技术有限公司 一种基于pxi架构的导航信号模拟器、闭环控制器和闭环测试方法
CN109213964A (zh) * 2018-07-13 2019-01-15 中南大学 一种融合多源特征地理参数的卫星aod产品校正方法
CN112884342A (zh) * 2021-03-10 2021-06-01 陕西九州遥感信息技术有限公司 一种水色卫星大气层顶辐射产品质量评价与交叉定标方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"A method for simultaneous broadband solar radiation calibration and aerosol optical depth retrieval";Jinhuan Qiu;《2010 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium》;20101231;1063-1066 *
"FY4A AGRI蓝光通道交叉辐射定标及其气溶胶监测应用研究";向嘉敏;《中国优秀硕士论文全文数据库》;20210215;全文 *
"Research on Accurate Calibration Method Based on Broad Measurement at a High Grazing Angle";Feiliang Liu 等;《2019 Photonics & Electromagnetics Research Symposium - Fall (PIERS - Fall)》;20191231;1327-1330 *
"徐州市GF-1卫星气溶胶光学厚度反演与空间特征分析";薛兴盛 等;《安徽农业大学学报》;20191014;78-85 *
"耦合中等分辨率地表反射率信息的GF-1影像辐射归一化方法研究";黄莉婷;《中国优秀硕士论文全文数据库》;20210115;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113534203A (zh) 2021-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Barton Satellite‐derived sea surface temperatures: Current status
Goldberg et al. AIRS near-real-time products and algorithms in support of operational numerical weather prediction
CN102279393B (zh) 一种基于多光谱传感器对高光谱传感器交叉辐射定标方法
CN102540166B (zh) 一种基于优化算法的高光谱传感器交叉辐射定标方法
CN108955883B (zh) 基于高光谱数据的遥感器辐射定标方法及定标系统
CN110186822B (zh) 一种气溶胶光学厚度遥感反演方法
CN112798013B (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
CN102901516A (zh) 一种基于绝对辐射定标的多光谱影像辐射校正方法
US5462357A (en) Process for multispectral/multilook atmospheric estimation
CN114219994A (zh) 一种基于空海协同观测的海洋光学卫星辐射定标方法
Maddy et al. Using Metop-A AVHRR clear-sky measurements to cloud-clear Metop-A IASI column radiances
CN111191380B (zh) 一种基于地基光谱仪测量数据的大气气溶胶光学厚度估算方法和装置
CN113313769A (zh) 一种光学卫星多面阵传感器片间无缝几何定标方法
CN113408111B (zh) 大气可降水量反演方法及系统、电子设备和存储介质
CN112345151B (zh) 一种基于自然大气的mwts-ii对海面气压的灵敏性测试方法
CN113534203B (zh) 基于aeronet气溶胶数据的在轨交叉辐射定标方法
Lindsley et al. Adapting the SIR algorithm to ASCAT
Zhou et al. Radiometric cross-calibration of GF-4/IRS based on MODIS measurements
CN109764892B (zh) 近红外星等的校准方法
CN115203911B (zh) 遥感载荷在轨绝对辐射定标系数业务化计算方法及装置
CN111044489B (zh) 一种基于多波长测量获得大气折射率高度分布剖面的方法
Ostrikov et al. Calibration of hyperspectral data aviation mode according with accompanying ground-based measurements of standard surfaces of observed scenes
Tilton et al. On-orbit measurement of the focal length of the SNPP VIIRS instrument
Eugenio et al. Methodology to obtain accurate sea surface temperature from locally received NOAA-14 data in the Canary-Azores-Gibraltar area
Li et al. Radiometric CROSS-calibration of GAOFEN-1 WFV cameras with Landsat-8 OLI and MODIS sensors based on radiation and geometry matching

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
CB02 Change of applicant information

Address after: No. 1299, Mingxi Road, Beihu science and Technology Development Zone, Changchun City, Jilin Province

Applicant after: Changguang Satellite Technology Co.,Ltd.

Address before: No. 1299, Mingxi Road, Beihu science and Technology Development Zone, Changchun City, Jilin Province

Applicant before: CHANG GUANG SATELLITE TECHNOLOGY Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: On orbit cross radiation calibration method based on AERONET aerosol data

Granted publication date: 20220823

Pledgee: Changchun Development Rural Commercial Bank Co.,Ltd.

Pledgor: Changguang Satellite Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2024220000026

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right