[发明专利]遥感卫星地球临边背景特性的红外成像仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于遥感图像处理技术领域，更具体地，涉及一种遥感卫星地球临边背景特性的红外成像仿真方法。

背景技术

在地球背景和深空背景边界存在渐变大气层，通常认为临边大气高度0到150km范围为临边背景。地球临边探测是遥感卫星重要的探测方式之一，因此，地球临边背景是遥感图像重要的组成部分。地球临边背景的研究越来越受关注，其辐射特性比地球背景更复杂，它包括大气、大气重力波、气辉、极光、云层等辐射，各种成分辐射特性的复杂性，导致地球临边背景的辐射特性更为复杂。由于地球临边背景的真实红外图像难以获得，同时，尚不存在全面的地球临边背景建模和仿真方法，因此，对地球临边背景特性的红外成像仿真尤为重要。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种遥感卫星地球临边背景特性的红外成像仿真方法，其目的在于建立遥感卫星临边背景成像仿真模型，通过分析遥感卫星地球临边背景辐射特性，生成地球临边背景仿真图像，由此解决当今缺乏地球临边背景红外图像仿真方法的技术问题。该方法使临边背景特性的红外仿真更加准确，且模型简单，适用于动平台，可覆盖红外多波段仿真。

为实现上述目的，本发明提供了一种遥感卫星地球临边背景特性的红外成像仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）根据遥感卫星轨道和成像传感器参数，通过模拟遥感卫星遥测场景，导出遥感卫星不同时刻在地球固联坐标系下的位置和速度信息；

（2）由步骤（1）得到的遥感卫星不同时刻在地球固联坐标系下的位置和速度信息，根据地球固联坐标系、遥感卫星坐标系、成像传感器坐标系、图像坐标系之间的映射关系，得到不同时刻成像面与物面的相互转换关系，所述转换关系包括成像传感器坐标系到地球固联坐标系的旋转变换矩阵M和图像坐标系到成像传感器坐标系的转换关系矩阵M′；

（3）根据M和M′，生成不同时刻、不同成像谱段下，遥感卫星地球临边背景红外能量图。

优选地，所述步骤（3）进一步包括如下步骤：

（3-1）对于遥感卫星成像面上的任意一点P(u,v)，根据M′得到P点所在视线在传感器坐标系下的坐标(x₁,y₁,z₁)，再根据M得到P点所在视线在地球固联坐标系下的坐标(x,y,z)；

（3-2）在地球固联坐标系下，根据P点所在视线与地球的位置关系，判定P点对应的背景类型；

（3-3）根据P点对应的背景类型，计算成像面上P点的辐照度E。

优选地，所述步骤（3-2）的具体实现方式为：（A1）若P点所在视线与地球无交点，且切线高度大于150km，则认为P点对应深空背景；（A2）若P点所在视线与地球无交点，且切线高度小于或等于150km，则认为P点对应临边背景；（A3）若P点所在视线与地球有两个交点，则认为P点对应地球背景；（A4）若P点所在视线与地球只有一个交点，则认为P点对应地球背景和临边背景的分界线。

优选地，所述步骤（3-3）中，物面背景区域对应的辐射强度按如下方法确定：（B1）地球背景：根据P点所在视线与地球的交点位置及地球背景能量图，计算其所在区域对应的辐射强度；（B2）临边背景：根据P点所在视线的切线高度，得到在该切线高度的包括大气、云层和极光在内的辐射强度；（B3）深空背景：其所在区域对应的辐射强度为0。

优选地，物面背景为临边背景时，云层的辐射强度按如下方法计算得到：（C1）计算P点的太阳高度角h，判断h是否大于0，是则执行步骤（C2），否则过程结束；（C2）计算P点所在视线与地球的切点所在位置的经纬度；（C3）根据经纬度选择云的覆盖率；（C4）根据云的覆盖率、厚度和高度，计算选定波段的辐射强度。

优选地，还包括步骤（4），所述步骤（4）为：对获得的遥感背景能量图按如下公式进行量化处理，得到遥感卫星地球临边背景红外灰度图：