一种对地观测热红外辐射场景快速生成方法技术

本发明专利技术涉及一种对地观测热红外辐射场景快速生成方法，涉及探测领域，通过考虑大气自身热辐射、大气热辐射在地表的反射以及地表自身热辐射过程，建立地表与大气热红外辐射解耦的辐射场景计算模型，结合卫星遥感、数值预报等渠道获取的地表和大气基础环境参数，实现对地观测热红外辐射亮度图像的快速生成；本发明专利技术具有可为热红外成像遥感载荷的硬件设计、地物遥感反演算法设计、目标检测识别算法设计等提供热红外场景辐射数据的优点。供热红外场景辐射数据的优点。供热红外场景辐射数据的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种对地观测热红外辐射场景快速生成方法


[0001]本专利技术涉及探测
，尤其涉及一种对地观测热红外辐射场景快速生成方法。

技术介绍

[0002]热红外遥感探测技术在地球资源勘查、火灾监测、跨昼夜侦察、战场环境感知等方面具有越来越广泛的应用。无论是在大气层内空基平台搭载的热红外探测器，还是大气层外天基平台搭载的热红外探测器，对地感知的红外场景都受到气象条件、感知时段等因素的显著影响。获取各种气象和地物状态下的热红外场景辐射图像，对于传感器光学设计、地物反演算法设计、目标检测识别算法设计等都具有重要价值。
[0003]目前，利用大气辐射传输软件，比如LOWTRAN(LOW resolution TRANsmission)、MODTRAN(MODerate resolution TRANsmission)等实施的热红外辐射计算都是单像元的；如果采用现有辐射传输软件逐像元计算成像场景，由于热红外谱段分子吸收算法的耗时性，生成场景图像将会消耗巨大的计算资源或速度极慢，难以满足大量红外场景快速获取的需求。另一方面，根据辐射传输原理，构建适用于任意光学谱段辐射场景通用仿真模型，需要同时考虑太阳辐射在地球大气系统中的传输过程和地球大气自身热辐射在其中的传输过程，建立各向异性反射的异质性地表引起的地表
‑
大气辐射耦合作用的解耦方法，以实现精确、解耦的辐射场景计算。然而，这对地表和大气物性参数输入条件提出了很高的要求，需要指定分辨率的地表方向性反射率图像、地表温度图像、大气温度廓线、大气吸收性气体浓度廓线、气溶胶消光廓线等多种参量，导致通用仿真模型目前只能用于典型条件下的场景模拟，很难获取整套的真实地表
‑
大气物性参数用于实际场景仿真。
[0004]因此，针对以上不足，需要提供一种对地观测热红外辐射场景快速生成方法。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]本专利技术要解决的技术问题是解决现今很难获取整套的真实地表
‑
大气物性参数用于实际场景仿真的问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种对地观测热红外辐射场景快速生成方法，包括以下步骤：
[0009]I.通过天基或空基探测器获取地表温度和地表发射率反演产品，得到待测地表数据；
[0010]II.通过遥感图像处理平台获取待测场景经纬度以及像元空间分辨率裁剪并重采样；
[0011]III.使用成像光谱仪的大气温度和大气湿度的反演产品获得该区域同步的大气廓线数据；
[0012]IV.设定探测参数，对大气直接热辐射、大气热辐射在地表的反射辐射以及地表直接热辐射进行建模；在大气状态参数、地表温度与发射率图像、场景区域定义和探测器参数定义下，实现对地观测红外辐射场景的快速生成。
[0013]作为对本专利技术的进一步说明，优选地，大气直接热辐射的建模式为：
[0014]L
a
＝L
toa
(θ
v
)
[0015]其中L
a
表示探测像元辐射亮度；
[0016]Lt
oa
表示直接传达传感器入瞳处的大气上行热辐射亮度；
[0017]θ
v
表示为观测天顶角。
[0018]作为对本专利技术的进一步说明，优选地，大气热辐射在地表的反射辐射的建模式为：
[0019][0020]其中L
f
表示探测像元辐射亮度；
[0021]E
boa
表示出射大气底部的下行热辐射通量密度；
[0022]A(x，y，θ
v
)表示探测像元(x，y)处地物在观测方向θ
v
上的反照率；
[0023]T(θ
v
)表示观测方向θ
v
上的大气直射透射率。
[0024]作为对本专利技术的进一步说明，优选地，地表直接热辐射的建模式为：
[0025]L
g
＝ε(x，y，θ
v
)
·
L
B
(x，y)
·
T(θ
v
)
[0026]L
g
表示探测像元辐射亮度；
[0027]ε(x，y，θ
v
)表示探测像元(x，y)处地物在观测方向θ
v
上的发射率；
[0028]L
B
(x，y)表示黑体辐射的普朗克函数。
[0029]作为对本专利技术的进一步说明，优选地，黑体辐射的普朗克函数L
B
(x，y)的表达式为：
[0030][0031]其中L
B
(x，y)
[0032]h为普朗克常数；
[0033]c为真空中的光速；
[0034]λ为波长；
[0035]k为玻尔兹曼常数；
[0036]T
s
(x，y)为(x，y)处地物的温度。
[0037]作为对本专利技术的进一步说明，优选地，根据对三种建模式进行组合，得到对于探测像元(x，y)处，辐射亮度L(x，y)为：
[0038][0039]L
toa
、E
boa
和T只与大气状态有关，A、ε和L
B
只与地表状态有关；由此得到地表与大气辐射解耦的建模。
[0040]作为对本专利技术的进一步说明，优选地，设地表为理想均质条件下，利用一维辐射传
输软件，计算大气直接热辐射、大气热辐射在地表的反射辐射以及地表直接热辐射三个大气参量，推导得到：
[0041]T(θ
v
)＝T
[0042]L
toa
(θ
v
)＝L
PT
[0043][0044]其中T为一维辐射传输软件计算出的大气传输路径的透过率；
[0045]L
PT
为一维辐射传输软件计算出的大气路径热辐射；
[0046]L
GR
为一维辐射传输软件计算出的地表反射热辐射。
[0047](三)有益效果
[0048]本专利技术的上述技术方案具有如下优点：
[0049]本专利技术针对热红外辐射在地球大气中传输的特点，提出对严格辐射传输的简化建模，通过考虑大气自身热辐射、大气热辐射在地表的反射以及地表自身热辐射过程，建立地表与大气热红外辐射解耦的辐射场景计算模型，结合卫星遥感、数值预报等渠道获取的地表和大气基础环境参数，实现对地观测热红外辐射亮度图像的快速生成。该方法可为热红外成像遥感载荷的硬件设计、地物遥感反演算法设计、目标检测识别算法设计等提供热红外场景辐射数据。
附图说明
[0050]图1是本专利技术的热红外辐射传输分解示意图；
[0051]图2是本专利技术的对地观测热红外辐射场本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对地观测热红外辐射场景快速生成方法，其特征在于：包括以下步骤：Ⅰ.通过天基或空基探测器获取地表温度和地表发射率反演产品，得到待测地表数据；Ⅱ.通过遥感图像处理平台获取待测场景经纬度以及像元空间分辨率裁剪并重采样；Ⅲ.使用成像光谱仪的大气温度和大气湿度的反演产品获得该区域同步的大气廓线数据；Ⅳ.设定探测参数，对大气直接热辐射、大气热辐射在地表的反射辐射以及地表直接热辐射进行建模；在大气状态参数、地表温度与发射率图像、场景区域定义和探测器参数定义下，实现对地观测红外辐射场景的快速生成。2.根据权利要求1所述的一种对地观测热红外辐射场景快速生成方法，其特征在于：大气直接热辐射的建模式为：L
a
＝L
toa
(θ
v
)其中L
a
表示探测像元辐射亮度；L
toa
表示直接传达传感器入瞳处的大气上行热辐射亮度；θ
v
表示为观测天顶角。3.根据权利要求2所述的一种对地观测热红外辐射场景快速生成方法，其特征在于：大气热辐射在地表的反射辐射的建模式为：其中L
f
表示探测像元辐射亮度；E
boa
表示出射大气底部的下行热辐射通量密度；A(x，y，θ
v
)表示探测像元(x，y)处地物在观测方向θ
v
上的反照率；T(θ
v
)表示观测方向θ
v
上的大气直射透射率。4.根据权利要求3所述的一种对地观测热红外辐射场景快速生成方法，其特征在于：地表直接热辐射的建模式为：L
g
＝ε(x，y，θ
v
)
·
L
B

【专利技术属性】
技术研发人员：刘栋，朱希娟，马静，毛宏霞，朱勇，刘忠领，
申请(专利权)人：北京环境特性研究所，
类型：发明
国别省市：