[发明专利]一种星载光学遥感器全视场柱辐射率确定方法

说明书

本发明涉及一种星载光学遥感器全视场柱辐射率确定方法，步骤包括：1)获取全要素建模仿真输入数据，包括确定观测时间、观测点坐标、地磁活动参数、太阳活动指数、观测区域参数，以及原子物理参数等数据；2)进行通用辐射传输模型建模与仿真；3)获取辐射传输模型数据及数据处理，对光学遥感器全视场柱辐射率进行计算。本发明根据光学遥感器的观测时间、观测点坐标、观测指向角、地磁活动参数、太阳活动指数等，采用球面几何方法，综合考虑观测目标区域大气密度变化、太阳高度角的变化等因素，精确计算光学遥感器全视场对应不同观测方向的柱辐射率，为分析观测区域的辐射特性、图像模拟及图像反演算法的研制奠定了基础。

技术领域

本发明涉及一种星载光学遥感器全视场柱辐射率确定方法，特别是一种针对高层大气中的远紫外波段光谱辐射信号进行观测的推扫型或扫描型星载光学遥感器，属于光学遥感辐射算法领域。

背景技术

在光学遥感领域，以星载光学遥感器从空间对高层大气中的远紫外波段光谱辐射进行观测日趋成为主流。通过光学遥感器所获取的远紫外波段光谱辐射信号，不仅可以监测高层大气中原子、分子等密度成分的变化，还可以获得高层大气中磁暴、电离层暴等空间天气信息。因此，从空间对远紫外波段光谱辐射进行观测对高层大气状态的监测具有重要意义。

从空间对远紫外波段光谱辐射信号进行观测，星载光学遥感器观测得到的物理量为柱辐射率(单位为瑞利)。某一观测视向的柱辐射率为此观测视向上各小柱体处的体辐射率与辐射传输因子的乘积沿该观测视向的积分。通常某一观测视向的柱辐射率可由以下公式计算：

上式中：B_l与B_u分别代表观测目标区域的上、下边界；μ表示观测角的余弦值，即μ＝cosθ，观测角θ定义为某一观测视向与当地天底方向之间的夹角，如图1所示；j_λ表示某远紫外波段光谱辐射信号的体辐射率；t_λ描述辐射传输过程中对某远紫外波段光谱辐射的辐射吸收数据；描述辐射传输过程中对某远紫外波段光谱辐射的吸收截面数据；ρ_n(z)表示观测区域某种大气成分的密度；z为观测区域的海拔高度坐标。

传统可见光波段的辐射确定方法为将观测区域使用平行平面几何方法进行分层，通常采用比较粗的分层来描述观测区域的大气密度变化，因为可见光的辐射传输主要受地球低层大气的影响，而远紫外辐射的辐射传输主要受地球高层大气的影响，如果仍然采用平行平面几何方法来进行分层处理，就不能细致描述地球高层大气的密度变化，从而对远紫外辐射的柱辐射率计算带来较大误差；其次，传统可见光波段的辐射确定方法不仅需要考虑大气密度的变化，还需要考虑大气气溶胶、水汽等因素的影响，因此在辐射传输计算时需要考虑多次散射的影响，计算量比较大，而远紫外辐射的辐射传输主要受地球高层大气中某几种主要大气成分吸收作用的影响，不需要考虑多次散射效应。目前，国内还没有开展关于地球高层大气中的远紫外辐射柱辐射率确定方法的相关研究，国外公开的仅有少量关于辐射传输计算原理的研究工作。因此，需要建立一套面向星载光学遥感器的柱辐射率确定方法，为分析观测目标区域的辐射特性、图像模拟技术和图像反演算法的研制奠定基础。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有计算技术的局限性，提供了一种星载光学遥感器全视场对应的不同观测视向的柱辐射率确定方法，特别是一种针对远紫外波段光谱辐射信号进行观测的推扫型或扫描型星载光学遥感器。

本发明的技术解决方案是：

一种星载光学遥感器全视场柱辐射率确定方法，步骤如下：

1)在观测区域边界内划分有限元，获取每个小柱体的地理位置坐标；

2)根据每一小柱体的地理位置坐标和观测点位置坐标，计算每一小柱体的观测角；

3)根据观测区域大气参数模型和每一小柱体的地理位置坐标，获取每一小柱体内的大气主要成分密度；