地球辐射月基探测平台的几何观测误差量化方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种地球辐射月基探测平台的几何观测误差量化方法、装置及系统，包括获取地球大气顶层向月表的短波及长波的辐射通量真值；不断改变观测几何参数的取值，基于辐射通量真值，以及预设的像元观测模拟值计算公式，计算出不同观测几何参数对应的短波像元观测值和长波像元观测值，像元观测模拟值计算公式考虑了大气参数、地面覆盖类型及观测几何参数；基于辐射通量真值，不同观测几何参数对应的短波像元观测值和长波像元观测值，计算出对应的像元观测误差和各像元观测误差对各类观测几何参数变化的敏感度；基于所有敏感度的平方根均值进行时间平均运算，计算出几何观测误差量化值。本发明专利技术能够补足现有相关研究的缺陷，为误差标定提供支持。为误差标定提供支持。为误差标定提供支持。

【技术实现步骤摘要】
地球辐射月基探测平台的几何观测误差量化方法、装置及系统


[0001]本专利技术属于成像光谱仪科学设计领域，具体涉及一种地球辐射月基探测平台的几何观测误差量化方法、装置及系统。

技术介绍

[0002]作为未来深空探测的前端技术之一，开展地球辐射月基观测系统研究可进一步完善现有地球辐射收支监测系统。发展地球辐射月基探测平台几何观测误差量化方法对该平台系统误差校正工作至关重要，然而，现有相关研究及技术仍无法定量描述此几何观测误差。
[0003]厘清地球系统辐射能量收支变化便成为深化人类对于全球气候变化理解的必由之举。由于地球自转及云与大气分布随时间的快速变化，使得地球系统反射的短波辐射和自身的长波辐射具有全球大尺度瞬时变化的特征；传统地面台站由于分布相当不均且数量非常有限，因而不能满足地球反射短波及自身红外长波辐射全球变化观测的需求。而卫星观测由于能够在一定时间内均匀覆盖全球，因此可为地球辐射能量平衡研究提供一定时间分辨率下的全球尺度数据，然而，人造地球卫星测量也还是有诸多不足之处。其根本原因在于人造地球卫星平台的一些固有问题，如不同平台仪器设计及运行标定方式的不同，导致同一地区同一参量的观测值出现较大偏差，即使是搭载在不同卫星上的相同仪器，由于卫星轨道的不同，仪器老化程度不同，数据一致性也会有所降低，尽管可以通过在轨标定等技术手段进行改进，但仍会存在一定偏差；且由于人造卫星寿命有限，从而限制仪器了星载平台的观测年限，不利于获取长期，稳定，连续的观测数据。并且由于现有低轨卫星平台的瞬时视场较小，过境次数有限，不同地区的时间平均数据其采样时间并不相同，从而带来一定误差，且由于每日采样次数有限，其时间分辨率不足以捕捉到时间尺度较小的辐射传输过程，如云与地面的辐射传输等。因此，非常有必要寻找一个更为稳定，瞬时覆盖更大，可提供更高时间分辨率观测的平台来观测地球能量收支变化，补足现有星载平台的不足，探究地球辐射收支变化及机理。
[0004]作为地球的天然卫星，月球近地面提供了地球辐射能量观测的绝佳场所。相对于低轨星载观测平台，月基对地辐射能量观测平台(Moon
‑
based Earth Radiation Observatory,MERO)具有如下优点：1.由于地
‑
月距离约为月球直径的100倍，月球近地面极大部分位置对地观测几何特征具有高度一致性，可降低不同落点月基观测站间的数据偏差，有利于多期数据融合，从而产出更为长久、稳定、连续的地球辐射能量观测数据。2.月基平台平均每天可对地球大部分区域进行连续12小时观测，可有效提高观测数据的时间分辨率，有利于捕捉到现有星载平台无法探测到的小时间尺度辐射传输过程，从而深化人们对于地球大气层顶辐射收支变化机理的认识。3.月球较为稳定的辐射环境及稀薄的大气层能够为其上仪器提供更为精确的原位标定。
[0005]系统误差标定对地球辐射月基观测系统构建具有至关重要的作用，而其中的核心
工作之一便是几何观测误差量化，然而，虽然人们已在地球辐射月基观测仪器的初步概念和基础参数方面开展了一定的探索性工作，但现有相关研究及技术仍无法定量描述此几何观测误差。在这一技术背景下，研究地球辐射月基探测系统几何观测误差量化方法非常必要的。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术提出一种地球辐射月基探测平台的几何观测误差量化方法、装置及系统，能够补足现有相关研究的缺陷，为误差标定提供支持，从而助力于地球辐射月基观测机理研究及仪器研发工作的推进。
[0007]为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种地球辐射月基探测平台的几何观测误差量化方法，包括：
[0009]获取地球大气顶层向月表的短波及长波的辐射通量真值；
[0010]不断改变观测几何参数的取值，基于短波及长波的辐射通量真值，以及预设的像元观测模拟值计算公式，计算出不同观测几何参数对应的短波像元观测值和长波像元观测值，所述像元观测模拟值计算公式考虑了大气参数、地面覆盖类型及观测几何参数；
[0011]基于短波及长波的辐射通量真值，以及不同观测几何参数对应的短波像元观测值和长波像元观测值，计算出对应的像元观测误差，并进一步计算出各像元观测误差对各类观测几何参数变化的敏感度；
[0012]基于所有敏感度的平方根均值进行时间平均运算，计算出几何观测误差量化值。
[0013]可选地，所述预设的像元观测模拟值计算公式的表达式为：
[0014][0015][0016][0017][0018]其中，MF
SW
为短波像元观测值，MF
LW
为长波像元观测值，下角标i为某一像元物空间视场子节点，下角标P为像元物空间视场整体，FSW
i
和FLW
i
分别为像元物空间视场子节点i对应的地球大气顶层的短波和长波辐射通量真值；PSW
i
和PLW
i
分别为像元物空间视场子节点i对应的地球大气顶层向月表的短波及长波辐射非均匀因子，为方向性辐射亮度与辐射通量之比；ISW
i
及ILW
i
分别为子节点i的方向性长波辐亮度及短波辐亮度，FSW
i
、FLW
i
、PSW
i
、PLW
i
、ISW
i
及ILW
i
与像元物空间视场子节点i所在区域的地面覆盖类型、大气状态、观测几何特征密切相关，PSW
P
和PLW
P
为整个像元物空间视场的地球大气顶层辐射非均匀因子，通过其内部各子节点的辐射非均匀因子面积加权获得，D
Li
为月基观测站与像元物空间视场子节点i的
距离，vz
i
为像元物空间视场内部子节点i观测天顶角，ω
i
为像元物空间视场内部子节点i的视向量与地心观测向量夹角，A
i
为像元物空间视场内部子节点i代表的地球大气顶层区域面积，A
P
为整个像元物空间视场面积，A
i
与A
P
由WGS
‑
84地球椭球面积积分计算获得，vz
P
为像元中心观测天顶角，ω
P
为像元中心视向量与地心观测向量与地心观测向量夹角，D
LP
为月基观测站到像元中心距离。
[0019]可选地，所述FSW
i
、FLW
i
、PSW
i
、PLW
i
、ISW
i
及ILW
i
由地球大气层顶
‑
月基观测站辐射非均匀模型给定。
[0020]可选地，所述地球大气层顶
‑
月基观测站辐射非均匀模型的构建方法包括：
[0021]获取大气参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地球辐射月基探测平台的几何观测误差量化方法，其特征在于，包括：获取地球大气顶层向月表的短波及长波的辐射通量真值；不断改变观测几何参数的取值，基于短波及长波的辐射通量真值，以及预设的像元观测模拟值计算公式，计算出不同观测几何参数对应的短波像元观测值和长波像元观测值，所述像元观测模拟值计算公式考虑了大气参数、地面覆盖类型及观测几何参数；基于短波及长波的辐射通量真值，以及不同观测几何参数对应的短波像元观测值和长波像元观测值，计算出对应的像元观测误差，并进一步计算出各像元观测误差对各类观测几何参数变化的敏感度；基于所有敏感度的平方根均值进行时间平均运算，计算出几何观测误差量化值。2.根据权利要求1所述的一种地球辐射月基探测平台的几何观测误差量化方法，其特征在于：所述预设的像元观测模拟值计算公式的表达式为：征在于：所述预设的像元观测模拟值计算公式的表达式为：征在于：所述预设的像元观测模拟值计算公式的表达式为：征在于：所述预设的像元观测模拟值计算公式的表达式为：其中，MF
SW
为短波像元观测值，MF
LW
为长波像元观测值，下角标i为某一像元物空间视场子节点，下角标P为像元物空间视场整体，FSW
i
和FLW
i
分别为像元物空间视场子节点i对应的地球大气顶层的短波和长波辐射通量真值；PSW
i
和PLW
i
分别为像元物空间视场子节点i对应的地球大气顶层向月表的短波及长波辐射非均匀因子，为方向性辐射亮度与辐射通量之比；ISW
i
及ILW
i
分别为子节点i的方向性长波辐亮度及短波辐亮度，FSW
i
、FLW
i
、PSW
i
、PLW
i
、ISW
i
及ILW
i
与像元物空间视场子节点i所在区域的地面覆盖类型、大气状态、观测几何特征密切相关，PSW
P
和PLW
P
为整个像元物空间视场的地球大气顶层辐射非均匀因子，通过其内部各子节点的辐射非均匀因子面积加权获得，D
Li
为月基观测站与像元物空间视场子节点i的距离，vz
i
为像元物空间视场内部子节点i观测天顶角，ω
i
为像元物空间视场内部子节点i的视向量与地心观测向量夹角，A
i
为像元物空间视场内部子节点i代表的地球大气顶层区域面积，A
P
为整个像元物空间视场面积，A
i
与A
P
由WGS
‑
84地球椭球面积积分计算获得，vz
P
为像元中心观测天顶角，ω
P
为像元中心视向量与地心观测向量与地心观测向量夹角，D
LP
为月基观测站到像元中心距离。3.根据权利要求2所述的一种地球辐射月基探测平台的几何观测误差量化方法，其特征在于：所述FSW
i
、FLW
i
、PSW
i
、PLW
i
、ISW
i
及ILW
i
由地球大气层顶
‑
月基观测站辐射非均匀模型给定。4.根据权利要求3所述的一种地球辐射月基探测平台的几何观测误差量化方法，其特
征在于：所述地球大气层顶
‑
月基观测站辐射非均匀模型的构建方法包括：获取大气参数时空扰动信息，计算地球大气顶层向月表短波及长波辐射非均匀因子对相关大气参数变化的响应敏感度，定量评估相关大气状态参数对地球大气层顶
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月基观测站辐射非均匀因子的影响；获取月基观测站各类观测几何参数时变信息，计算地球大气顶层向月表短波及长波辐射...

【专利技术属性】
技术研发人员：段文涛，金双根，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：