[发明专利]卫星遥感夜光辐亮度的观测角度归一化方法

权利要求书

1.一种卫星遥感夜光辐亮度的观测角度归一化方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，获取研究区域Black Marble夜光影像产品中VNP46A1与VNP46A2数据；

步骤2，对步骤1获取到的所有VNP46A1与VNP46A2数据进行数据格式转换，并得到需要的质量文件与影像文件数据；

将下载获取的HDF5格式科学数据集转换成GeoTiff格式，选取VNP46A1产品中传感器观测天顶角、太阳天顶角、月光照度分数文件，以及VNP46A2产品中经过BRDF校正的夜间灯光影像、云层掩码、强制性质量指标文件，其中太阳天顶角、月光照度分数、云层掩码以及强制性质量指标文件作为后续像素筛选的质量标志数据，经过BRDF校正的夜间灯光影像与传感器观测天顶角将用于天顶角与夜光辐亮度的建模；

步骤3，对步骤2所得到的质量标志数据，设置一定的筛选条件，得到符合需求的高质量夜间灯光数据；

步骤4，以像素为研究单位，从步骤3得到的高质量夜间灯光数据中提取像素的夜光辐亮度时间序列和传感器观测天顶角时间序列；

步骤5，对步骤4提取的夜光辐亮度与卫星传感器观测天顶角进行统计建模，确立两者之间的量化关系，并计算多项式系数；

步骤6，基于步骤5建立的天顶-辐亮度二次模型，消除夜光辐亮度角度效应；

步骤7，计算夜光辐亮度时间序列角度归一化后的变异系数与归一化冷热点夜光辐亮度，量化角度效应在夜间灯光时间序列中的影响程度。

2.如权利要求1所述的一种卫星遥感夜光辐亮度的观测角度归一化方法，其特征在于：所述步骤3中设置云层掩码指标、强制质量指标、太阳天顶角和月光照度分数作为逐像素夜间灯光质量的筛选条件，但是在云层筛选的基础上，仍然存在部分像素值异常的情况，因此，将强制性质量指标设置为0，以保证所选像素均为高质量，从而提高数据质量，剔除太阳天顶角大于108°或月光照度分数小于1％的像素，以保证获取像素的有效性和降低云层掩码标志数据质量错误的可能性。

3.如权利要求1所述的一种卫星遥感夜光辐亮度的观测角度归一化方法，其特征在于：所述步骤5包括以下子步骤：

步骤5.1，以观测天顶角作为自变量，夜光辐亮度作为因变量，建立两者之间的天顶-辐亮度二次模型；

步骤5.2，计算天顶-辐亮度二次模型的二次函数系数。

4.如权利要求3所述的一种卫星遥感夜光辐亮度的观测角度归一化方法，其特征在于：所述步骤5.1是以观测天顶角作为自变量，夜光辐亮度作为因变量，建立两者之间的天顶-辐亮度二次模型拟合关系如下：

R＝az²+bz+c                         (1)

式中，z为卫星观测天顶角，R为夜光辐亮度，a、b、c分别为二次模型系数。

5.如权利要求3所述的一种卫星遥感夜光辐亮度的观测角度归一化方法，其特征在于：所述步骤5.2中中假设夜光辐亮度时间序列为{R₁,R₂,...,R_n}，传感器观测天顶角时间序列为{z₁,z₂,...,z_n}，在夜光辐亮度与观测天顶角拟合二次曲线过程中定义拟合的目标函数使得拟合偏差最小，目标函数公式如下：

式中，z_i与R_i分别为时间序列中第i时刻的观测天顶角与夜光辐亮度，为拟合的夜光辐亮度，n为时间序列长度；

建立误差方程，并求解二次曲线函数的系数矩阵，公式如下：

V＝BX-L                          (3)

其中，

X＝(B^TB)^-1B^TL                  (4)

式中，V表示拟合辐亮度与实测辐亮度之间的误差矩阵，B表示公式(1)中各系数对应的坐标组合项，X为公式(1)中待求的二次曲线函数的系数矩阵，L为实测辐亮度矩阵。