[发明专利]一种热红外高光谱遥感数据在轨光谱定标方法

说明书

技术领域

本发明涉涉及对地观测技术领域，特别是涉及一种以大气吸收波段11.73μm为参考波段，对热红外高光谱遥感数据进行在轨光谱定标方法。

背景技术

传感器成像环境变化所导致的光电器件变形、机械振动所导致的光电元件错位以及光电元件本身的日久老化使得传感器每个波段的中心波长和半高全宽(Full width at half maximum，FWHM)随成像环境变化会发生较大的系统性漂移。因此，实验室光谱定标所获取的中心波长和半高全宽并不能完全代表航空遥感数据获取时传感器的中心波长和半高全宽。尤其是传感器各个波段的中心波长极容易受到光电器件变形和机械振动的影响而产生偏移，进而影响发射率和温度的反演精度。尤其是在大气吸收波段附近的发射率反演精度，它很容易受到中心波长偏移的影响。

目前，对于高光谱遥感数据的光谱定标研究主要集中于基于场景的可见光、近红外和短波红外谱段的高光谱遥感数据光谱定标。基于场景的光谱定标原理主要是假设传感器的光谱响应函数(Spectral response function，SRF)为高斯函数，比较模拟数据与原始数据在氧气吸收波段(760nm)、水汽吸收波段(940nm，1140nm)和二氧化碳吸收波段(2060nm)及其附近光谱的差异，并调整模拟数据的中心波长和FWHM，直至二者差异最小，最终得到准确的中心波长和FWHM。按照最终的目标不同，这些光谱定标方法可以分为三类，一是在对比过程中，假设SRF和FWHM不变(使用实验室定标结果)，只求正确的中心波长；二是假设SRF为高斯函数，同时改变中心波长和FWHM，最终求得正确的中心波长和FWHM；三是假设中心波长和FWHM改变很小，选择不同类型的SRF得到模拟光谱，并与原始数据比较，最终求得最优的SRF。除了直接比较模拟数据与原始数据之外，也有学者提出通过调整中心波长和FWHM，计算大气辐射传输方程中的参数，并反演反射率，直至所反演的反射率曲线中尖峰消失，得到正确的中心波长和FWHM。。有学者尝试分别用8-13μm内21个水汽吸收波段对SEBASS(Spatially enhanced broadband array spectrograph system)热红外(7.3-13.6μm，128波段)高光谱成像仪获取的航空热红外高光谱遥感数据进行了光谱定标，光谱定标所用大气模拟程序为FASCODE。光谱定标结果显示，采用基于场景的光谱定标方法对中心波长的变化更敏感，对FWHM的变化相对不敏感，SEBASS数据的中心波长偏移在±0.5个波段宽度内。总体来说，由于热红外高光谱传感器较少，实际获取的数据也较少，导致了对于热红外高光谱遥感数据的光谱定标的关注相对较少，还没有实用化的在轨光谱定标技术。随着对地观测对热红外高光谱数据的迫切需求，也必将需要实用化的热红外高光谱遥感数据在轨光谱定标技术。

发明内容

针对现有的技术空白和缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种准确性好，速度快，易操作的热红外高光谱数据在轨定标方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的一种热红外高光谱遥感数据在轨光谱定标方法，其特点是，光谱定标方法的步骤如下：

1)将热红外高光谱遥感数据获取时的大气参数、成像参数输入MODTRAN5.3大气辐射传输模拟软件得到模拟的1nm超高分辨率入瞳辐射亮度光谱。输入的大气参数主要有大气模型、水汽含量、气溶胶模型、气象视距等。输入的成像参数主要有传感器高度、观测天顶角、观测方位角、地表高程、地表反射率(ρ_s)、地表温度(T_s)等。一般对于热红外遥感来说，输出的1nm分辨率的辐射亮度光谱所覆盖谱段范围为7.0-14.0μm；

2)以实验室光谱定标获得的中心波长λ_i和FWHMΔλ_i为初始值，不断调整中心波长(λ_i+δλ_i)和FWHM(Full width at half maximum，FWHM)(Δλ_i+δΔλ_i)对超高分辨率入瞳辐射亮度光谱进行卷积运算，得到模拟的传感器入瞳辐射亮度光谱。模拟的入瞳辐射亮度计算方法为：