【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及大气遥感，具体而言，涉及一种高光谱卫星影像辐射定标数据的仿真模拟方法。
技术介绍
1、定量遥感主要应用在农业、植被、水文和大气等研究领域，随着定量遥感技术的不断发展，迫切需要大量的遥感影像作为基础数据，对于遥感影像数据精度的要求越来越高。
2、由于不同地物或气体对太阳辐射的吸收与散射在不同波长范围的差距较大，因此宽波段、高分辨等技术特点的高光谱遥感相机逐渐发展成熟，成为定量遥感数据的主要来源。
3、辐射定标作为定量遥感的关键技术，是将卫星影像数据的数字量化值转化为辐射亮度值或者反射率等物理量的处理过程。辐射定标的最终结果是获得高光谱相机入瞳辐亮度，高光谱相机入瞳辐亮度是太阳光和天空光经过地面反射、大气与地面之间多次弹射，大气散射，最终透过大气到达相机入瞳处的辐亮度。辐射定标的精度决定了后续定量遥感反演的精度，因此高光谱卫星影像辐射定标数据的验证对于定量遥感技术效果具有重要意义。
4、入瞳辐亮度的辐射能量构成包括：太阳辐射未到达地表就被大气单次返回传感器入瞳、地表反射太阳直射辐射后透过大气上行到达相机传感器入瞳处、地表反射天空光后透过大气上行到达相机传感器入瞳处、周围地物反射的太阳直射辐射和天空光经过大气单次或多次散射上行到达相机传感器入瞳处、太阳辐射未到达地表经过大气多次散射返回相机传感器入瞳处、周围地物多次辐射经过大气散射上行到达相机传感器入瞳处等多条路径的辐射能量。
5、然而，由于地物的辐射信息受到地形条件的邻近效应，大气路径和观测几何以及大气条件等影响，会直接影
6、虽然目前针对高光谱卫星的光谱定标和辐射定标精度的验证技术日趋完善，但是由于地—气辐射传输模型的复杂性，现阶段对地物和大气进行精确而完备的建模和求解十分困难，辐射定标数据精度较低；并且实时计算比较费时，工程化水平较低。
技术实现思路
1、鉴于此，本专利技术的目的在于解决现有技术的上述问题和缺点，提供一种高光谱卫星影像辐射定标数据的仿真模拟方法，修正高光谱数据中地形条件、大气条件引起的辐射误差，为高光谱卫星检校全链路模拟仿真验证及预处理提供工具，提高高光谱卫星的光谱定标和辐射定标精度，提升验证工作的工程化水平。
2、本专利技术提供一种高光谱卫星影像辐射定标数据的仿真模拟方法，包括以下步骤：
3、s1、构建高光谱卫星影像数据的邻近效应权重函数及点扩散函数，包括以下步骤：
4、s11、引入周围地物等效反射率，构建包含邻近效应和多次散射的入瞳辐亮度的仿真函数模型，模拟高光谱成像光谱仪的入瞳辐亮度l，所述入瞳辐亮度l的仿真函数模型的表达式为：
5、
6、式(1)中，a、b为只与大气和光照状况有关的系数，s为大气单次散射反照率，ρ为目标反射率，ρe为周围地物等效反射率，la为大气程辐射；
7、s12、基于太阳入射角度、遥感观测角度、大气廓线以及大气能见度的成像几何与大气条件参数计算卫星影像辐射定标数据的邻近效应权重函数，计算表达式为：
8、
9、式(2)中，i,j表示邻近地物距离目标地物的空间距离；β为大气角散射系数，β是大气粉自散射系数与气溶胶散射系数之和；p为散射相函数；l为邻近像元与散射点之间的距离；α为反射光线天顶角；θv为观测天顶角；路径透过率τ1表示邻近像元到散射高度为h的散射点的路径透过率；τ2表示散射点到传感器的路径透过率；
10、经过分析计算可知，邻近效应权重函数形状可近似为具对称性的二维高斯函数，对于倾斜观测路径而言，该邻近效应权重函数亦有所倾斜；
11、s13、根据空间采样间隔划分空间网格，将空间连续的邻近效应权重函数在近似3σ置信区间内离散化为一个点扩散函数psf，通过所述点扩散函数psf计算周围地物等效反射率(即邻近地物反射率)，计算表达式为：
12、
13、s2、基于s1步骤构建的邻近效应权重函数及点扩散函数，创建含邻近效应建模的大气辐射传输成像数据模拟模型，得到经大气辐射传输仿真得到高光谱入瞳辐亮度数据；
14、s3、根据所述高光谱入瞳辐亮度数据得出的反射率数据进行光谱空间重采样，得到模拟空间采样间隔下的反射率数据立方体；
15、s4、将所述高光谱入瞳辐亮度数据进行光谱响应转换，获取高光谱卫星影像辐射定标数据的仿真模拟结果。
16、进一步地，所述s2步骤的创建含邻近效应建模的大气辐射传输成像数据模拟模型的方法包括以下步骤：
17、s21、计算高光谱成像中的成像几何，所述成像几何包括：太阳照明几何和传感器观测几何；
18、s22、通过modtran辐射传输模型拟合含邻近效应建模的大气辐射传输成像数据模拟模型中的四个必要参数a、b、s、la。
19、本专利技术利用modtran4.0辐射传输模型作为参考，拟合得到含邻近效应建模的大气辐射传输成像数据模拟模型中的四个必要参数。
20、进一步地，所述s3步骤的光谱空间重采样的方法包括：
21、按照高光谱成像光谱仪的空间采样间隔和所设置的大气辐射传输计算的光谱采样间隔，对反射率数据立方体进行空间维和光谱维插值；所述光谱维插值采用三次样条插值方法，插值过程表示为：
22、ρ(i,j)＝spline1(wl0,ρ0(i,j),wl) (4)
23、式(4)中，ρ0表示插值前的原始反射率数据立方体；wl0表示原始反射率数据立方体各波段对应的中心波长；wl表示仿真入瞳辐亮度的中心波长，wl由用户设置的光谱范围和采样间隔确定；空间维插值采用双线性插值方法，设置反射率数据地面采样间隔gsdρ和模拟辐射定标数据地面采样间隔gsdl，得到空间重采样比例因子f：
24、
25、结合反射率数据的行/列数nρ和比例因子f，计算重采样后数据的行/列数nl：
26、nl＝floor(nρ·f)(6)
27、采用双线性插值在空间维两个正交的方向上分别进行一次线性插值，对输入反射率数据立方体逐波段进行空间插值，得到模拟空间采样间隔下的反射率数据立方体。
28、进一步地，所述s4步骤的将所述高光谱入瞳辐亮度数据进行光谱响应转换的方法包括：
29、通过将各波段的光谱响应函数定标结果输入，和/或，高光谱各波段中心波长与半高宽参数组合输入两种模式，将计算得到的入瞳辐亮度数据进行光谱响应转化。
30、高光谱辐射定标数据是入瞳辐亮度仿真数据经过指定相机光谱响应函数卷积得到的等效数据，因此经过大气辐射传输仿真得到高光谱入瞳辐亮度仿真数据后，需要进一步进行光谱响应转换。
31、进一步地，所述s4步骤的获取高光谱卫星影像辐射定标数据的仿真模拟结果的方法包括：
32、逐个本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高光谱卫星影像辐射定标数据的仿真模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高光谱卫星影像辐射定标数据的仿真模拟方法，其特征在于，所述S2步骤的创建含邻近效应建模的大气辐射传输成像数据模拟模型的方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的高光谱卫星影像辐射定标数据的仿真模拟方法，其特征在于，所述S3步骤的光谱空间重采样的方法包括：
4.根据权利要求1所述的高光谱卫星影像辐射定标数据的仿真模拟方法，其特征在于，所述S4步骤的将所述高光谱入瞳辐亮度数据进行光谱响应转换的方法包括：
5.根据权利要求1所述的高光谱卫星影像辐射定标数据的仿真模拟方法，其特征在于，所述S4步骤的获取高光谱卫星影像辐射定标数据的仿真模拟结果的方法包括：
6.根据权利要求2所述的高光谱卫星影像辐射定标数据的仿真模拟方法，其特征在于，所述太阳照明几何根据成像日期、成像区域经纬度坐标确定，所述太阳照明几何决定到达地面的太阳辐亮度和天空光强弱。
7.根据权利要求2所述的高光谱卫星影像辐射定标数据的仿真模拟方法，其特征在于
8.根据权利要求2所述的高光谱卫星影像辐射定标数据的仿真模拟方法，其特征在于，所述S22步骤的拟合含邻近效应建模的大气辐射传输成像数据模拟模型中的四个必要参数A、B、S、La的方法包括：
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现权利要求1-8任一项所述的高光谱卫星影像辐射定标数据的仿真模拟方法的步骤。
10.一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-8任一项所述的高光谱卫星影像辐射定标数据的仿真模拟方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种高光谱卫星影像辐射定标数据的仿真模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高光谱卫星影像辐射定标数据的仿真模拟方法，其特征在于，所述s2步骤的创建含邻近效应建模的大气辐射传输成像数据模拟模型的方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的高光谱卫星影像辐射定标数据的仿真模拟方法，其特征在于，所述s3步骤的光谱空间重采样的方法包括：
4.根据权利要求1所述的高光谱卫星影像辐射定标数据的仿真模拟方法，其特征在于，所述s4步骤的将所述高光谱入瞳辐亮度数据进行光谱响应转换的方法包括：
5.根据权利要求1所述的高光谱卫星影像辐射定标数据的仿真模拟方法，其特征在于，所述s4步骤的获取高光谱卫星影像辐射定标数据的仿真模拟结果的方法包括：
6.根据权利要求2所述的高光谱卫星影像辐射定标数据的仿真模拟方法，其特征在于，所述太阳照明几何根据成像日期、成像区域经纬度坐标确定，所述太...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐洪钊，肖晨超，尚坤，朱广彬，刘伟，张鸿赓，傅征博，胡芬，
申请(专利权)人：自然资源部国土卫星遥感应用中心，
类型：发明
国别省市：
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