基于高光谱数据的遥感器辐射定标方法及定标系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于高光谱数据的遥感器辐射定标方法及定标系统。本发明专利技术的方法包括：通过作为基准遥感器的高光谱遥感器实时采集高光谱遥感数据，通过作为待定标遥感器的通道式成像仪实时采集成像仪通道反射率，并将该高光谱遥感数据转换为成像仪通道模拟反射率；以基准遥感器与待定标遥感器的运行轨道交叉点为中心，以待定标遥感器的星下点分辨率为间隔，建立投影区域；将成像仪通道模拟反射率和成像仪通道反射率均投影至投影区域，对于高光谱遥感器的各像元提取有效交叉定标数据对，并根据该有效交叉定标数据对计算待定标遥感器的辐射定标系数，以校正待定标遥感器实时采集的成像仪通道反射率。

【技术实现步骤摘要】
基于高光谱数据的遥感器辐射定标方法及定标系统
本专利技术涉及遥感器在轨辐射定标
，尤其涉及一种基于高光谱数据的遥感器辐射定标方法及定标系统。
技术介绍
遥感数据的高精度辐射定标是其定量化应用的重要前提。可见近红外波段成像仪的辐射定标一般优先采用配备星上定标装置完成定标。但是，对于没有装载星上绝对辐射定标装置的遥感器，往往需要采用替代定标方法，完成其工作生命期内的辐射定标工作。基于同时星下点观测数据的交叉定标方法(SimultaneouslyNadirObserve，SNO)是目前国际上较为通行的遥感器在轨辐射定标方法，已经广泛的用于极轨卫星间(LEO-LEO)的辐射基准交叉传递。两个卫星同时过轨道交叉点时的星下点观测数据具有同时同地同目标的观测特性，SNO方法基于这些数据对比两个遥感器各自的观测数据，评估两遥感器的辐射响应差异，实现待定遥感器基于基准遥感器的绝对辐射定标。目前，SNO方法在两个方向上深入发展：一个方向是可见光近红外波段，以通道式成像仪(如MODIS)为基准遥感器，实现通道式成像仪的辐射定标；另一个是热红外波段，以高光谱遥感器(如IASI)为基准遥感器，实现通道式成像仪的辐射定标。风云三号(FY-3)为我国新一代极轨气象卫星，中分辨率光谱成像仪(MERSI)是主要载荷之一。MERSI具有多光谱和高分辨率成像的特点，可以监测中小尺度强对流云团和地表精细特征，提高云、气溶胶、陆地表面参数、海洋水色、底层水汽等地球物理要素的定量反演精度，实现对大气、陆地、海洋的多光谱连续综合观测。MERSI可见光通道完成了发射前的实验室定标，但在轨工作期间的辐射响应需要及时的更新，以利于后续的高精度应用。例如，GOME-2是紫外可见光谱段的高光谱遥感器，是稳定的气象卫星载荷，其上有绝对辐射定标装置，适用于交叉定标，MERSI为通道式成像仪，其上没有绝对辐射定标装置，GOME-2的光谱探测范围能够覆盖MERSI的部分通道，其空间分辨率为40km×80km，而现有技术方法不能实现GOME-2与MERSI的实时在轨交叉定标。SNO定标首先应用于可见光谱段的极轨卫星通道式成像仪，如MODIS和AVHRR，这两遥感器的空间分辨率均为1km左右，部分通道中心波长相近，它们间的交叉定标主要步骤为：1.收集两颗卫星同时过轨道交叉点的遥感器对地观测数据；2.将两个遥感器的数据投影到交叉点为中心，相同分辨率图像上；3.根据两个遥感器相似通道的光谱响应差异订正数据；4.对比相同位置点数据，计算定标系数。拓展到红外波段，以Metop/IASI和SEVIRI的交叉比对，IASI为红外高光谱遥感器，空间分辨率较低，光谱范围宽并且精细；SEVIRI为通道式成像仪，空间分辨率较高光谱数据更高，但是光谱分辨率粗糙。它们间的交叉定标主要步骤如下：1.收集两颗卫星的遥感器对地观测数据；2.卷积高光谱观测数据和通道光谱响应，得到通道式成像仪模拟值；3.以高光谱像元中心点为圆心，提取周围一定半径内的像元计算成像仪的数据平均值4.筛选定标数据对，计算定标系数。对于可见光谱段的交叉定标，其主要问题是两个遥感器相似通道间的光谱响应差异订正，不同下垫面和大气状态下辐亮度光谱差异表现不同，因此使用静态的订正系数，并不能完全动态的描述交叉定标数据对间差异的不同。对于红外高光谱交叉定标中，能量往往使用亮温等部分适用于可见光谱段的观测数据描述。另外，GOME-2的地面像元为四边形，与IASI等的椭圆形像元，在空间匹配的处理方式上也不相同，红外光谱交叉定标的现有技术不能满足可见光谱段的交叉定标要求。因此，需要一种能够实现高光谱遥感器与通道式成像仪之间实时在轨交叉定标的基于高光谱数据的遥感器辐射定标方法及定标系统。
技术实现思路
鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于高光谱数据的遥感器辐射定标方法及定标系统，解决了高光谱数据与成像仪数据的光谱匹配问题和高低空间分辨率像元间的数据匹配问题，因此，能够实现成像仪的辐射定标，该定标结果可以用于遥感数据后续定量化反演产品的研究应用，同时可以实现遥感器在轨运行期间辐射响应的衰减跟踪。根据本专利技术的一方面，本专利技术提供的基于高光谱数据的遥感器辐射定标方法，该方法包括：通过作为基准遥感器的高光谱遥感器实时采集高光谱遥感数据，通过作为待定标遥感器的通道式成像仪实时采集成像仪通道反射率，并将该高光谱遥感数据转换为成像仪通道模拟反射率；以基准遥感器与待定标遥感器的运行轨道交叉点为中心，以待定标遥感器的星下点分辨率为间隔，建立投影区域；将成像仪通道模拟反射率和成像仪通道反射率均投影至投影区域，对于高光谱遥感器的各像元提取有效交叉定标数据对，并根据该有效交叉定标数据对计算待定标遥感器的辐射定标系数，以校正待定标遥感器实时采集的成像仪通道反射率。进一步地，将该高光谱遥感数据转换为成像仪通道模拟反射率，包括：对高光谱遥感数据的量纲进行能量单位转换；对相邻波段的高光谱遥感数据进行拼接处理，得到完整的高光谱遥感数据；将完整的高光谱遥感数据转化成待定标遥感器的成像仪通道模拟反射率。进一步地，对于高光谱遥感器的各像元提取有效交叉定标数据对，包括：在高光谱遥感器的各像元中提取落入像元中的成像仪像元点组；根据成像仪像元点组计算成像仪通道反射率；对于各像元，成像仪通道模拟反射率和通道式成像仪总反射率组成各像元的有效交叉定标数据对。进一步地，在高光谱遥感器的各像元中提取落入像元中的成像仪像元点组中，利用以下计算模型提取落入像元中的成像仪像元点组：其中，为像元的第一个顶点，为像元的第二个顶点，为像元的第三个顶点，为像元的第四个顶点，为成像仪像元点，四个顶点为顺时针顺序。进一步地，根据该有效交叉定标数据对计算待定标遥感器的辐射定标系数，包括：利用最小二乘法对有效交叉定标数据对进行线性回归，计算出斜率，该斜率为待定标遥感器的辐射定标系数。进一步地，在根据该有效交叉定标数据对计算待定标遥感器的辐射定标系数之前，还包括：根据均匀性因子对各像元的有效交叉定标数据对进行筛选，该均匀性因子为：其中，F为均匀性因子，σρi-Imager为成像仪像元点组的标准差，为成像仪像元点组的平均值。根据本专利技术的另一方面，本专利技术提供的实现上述基于高光谱数据的遥感器辐射定标方法的定标系统，包括高光谱遥感器、通道式成像仪、投影区域建立模块和辐射定标系数计算模块；高光谱遥感器，作为基准遥感器实时采集高光谱遥感数据；通道式成像仪，作为待定标遥感器实时采集成像仪通道反射率，并将该高光谱遥感数据转换为成像仪通道模拟反射率；投影区域建立模块，以基准遥感器与待定标遥感器的运行轨道交叉点为中心，以待定标遥感器的星下点分辨率为间隔，建立投影区域；辐射定标系数计算模块，将成像仪通道模拟反射率和成像仪通道反射率均投影至投影区域，对于高光谱遥感器的各像元提取有效交叉定标数据对，并根据该有效交叉定标数据对计算待定标遥感器的辐射定标系数，以校正待定标遥感器实时采集的成像仪通道反射率。进一步地，将该高光谱遥感数据转换为成像仪通道模拟反射率，具体实现如下：对高光谱遥感数据的量纲进行能量单位转换；对相邻波段的高光谱遥感数据进行拼接处理，得到完整的高光谱遥感数据；将完整的高光谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高光谱数据的遥感器辐射定标方法，其特征在于，包括：通过作为基准遥感器的高光谱遥感器实时采集高光谱遥感数据，通过作为待定标遥感器的通道式成像仪实时采集成像仪通道反射率，并将该高光谱遥感数据转换为成像仪通道模拟反射率；以基准遥感器与待定标遥感器的运行轨道交叉点为中心，以待定标遥感器的星下点分辨率为间隔，建立投影区域；将成像仪通道模拟反射率和成像仪通道反射率均投影至投影区域，对于高光谱遥感器的各像元提取有效交叉定标数据对，并根据该有效交叉定标数据对计算待定标遥感器的辐射定标系数，以校正待定标遥感器实时采集的成像仪通道反射率。

【技术特征摘要】
1.一种基于高光谱数据的遥感器辐射定标方法，其特征在于，包括：通过作为基准遥感器的高光谱遥感器实时采集高光谱遥感数据，通过作为待定标遥感器的通道式成像仪实时采集成像仪通道反射率，并将该高光谱遥感数据转换为成像仪通道模拟反射率；以基准遥感器与待定标遥感器的运行轨道交叉点为中心，以待定标遥感器的星下点分辨率为间隔，建立投影区域；将成像仪通道模拟反射率和成像仪通道反射率均投影至投影区域，对于高光谱遥感器的各像元提取有效交叉定标数据对，并根据该有效交叉定标数据对计算待定标遥感器的辐射定标系数，以校正待定标遥感器实时采集的成像仪通道反射率。2.根据权利要求1所述的基于高光谱数据的遥感器辐射定标方法，其特征在于，将该高光谱遥感数据转换为成像仪通道模拟反射率，包括：对高光谱遥感数据的量纲进行能量单位转换；对相邻波段的高光谱遥感数据进行拼接处理，得到完整的高光谱遥感数据；将完整的高光谱遥感数据转化成待定标遥感器的成像仪通道模拟反射率。3.根据权利要求2所述的基于高光谱数据的遥感器辐射定标方法，其特征在于，对于高光谱遥感器的各像元提取有效交叉定标数据对，包括：在高光谱遥感器的各像元中提取落入像元中的成像仪像元点组；根据成像仪像元点组计算成像仪通道反射率；对于各像元，成像仪通道模拟反射率和通道式成像仪总反射率组成各像元的有效交叉定标数据对。4.根据权利要求3所述的基于高光谱数据的遥感器辐射定标方法，其特征在于，在高光谱遥感器的各像元中提取落入像元中的成像仪像元点组中，利用以下计算模型提取落入像元中的成像仪像元点组：其中，为像元的第一个顶点，为像元的第二个顶点，为像元的第三个顶点，为像元的第四个顶点，为成像仪像元点，四个顶点为顺时针顺序。5.根据权利要求3所述的基于高光谱数据的遥感器辐射定标方法，其特征在于，根据该有效交叉定标数据对计算待定标遥感器的辐射定标系数，包括：利用最小二乘法对有效交叉定标数据对进行线性回归，计算出斜率，该斜率为待定标遥感器的辐射定标系数。6.根据权利要求3所述的基于高光谱数据的遥感器辐射定标...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴荣华，胡秀清，张鹏，徐娜，陈林，王鹏，
申请(专利权)人：国家卫星气象中心，吴荣华，
类型：发明
国别省市：北京,11