一種星載光學遙感器在軌時序定標係數重建方法
2023-10-05 08:18:59
一種星載光學遙感器在軌時序定標係數重建方法
【專利摘要】一種星載光學遙感器在軌時序定標係數重建方法，首先獲取待定標光學遙感器在軌定標係數並對定標係數進行同化計算，確定光學遙感器時序定標計算模型；然後依據定標係數和計算模型擬合模型初始參數，並利用最優判定函數對模型參數進行迭代修訂，確定最終時序定標模型參數；最後根據確定的時序定標模型計算光學遙感器任意時間的輻射定標係數，本發明實現了星載光學遙感器的在軌時序定標，可提供星載光學遙感器全壽命周期的定標係數，最大程度上滿足了連續遙感數據定量化應用的需求。
【專利說明】一種星載光學遙感器在軌時序定標係數重建方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種在軌時序定標係數重建方法，特別是一種星載光學遙感器在軌時 序定標係數重建方法，適用於衛星CCD相機在軌時序定標係數的重建。
【背景技術】
[0002] 航天遙感技術的優勢在於長時間序列區域地物遙感信息的自動獲取以及變化監 測研宄，而長期的多源化遙感數據處理和應用必須建立在統一規範的具有可比性的物理量 基準之上。星載光學遙感器在軌運行過程中，由於受外部環境變化、自身元器件老化以及電 路系統偏移、輻射響應退化等因素的影響，使得遙感器輸入輸出間的數量關係不斷發生變 化，即絕對輻射定標係數變化，因此必須實時的監測校準上述變化，以確保遙感器輸出數據 對應的輻射量基準的一致性和準確性。
[0003] 我國已成功發射資源系列、環境減災系列等多種衛星光學遙感器，相應的遙感器 在軌輻射定標工作主要依靠地面替代定標技術，定標的頻次和連續性受到了較大限制，定 標係數的更新過程具有隨機性和階躍性，尤其缺少衛星光學遙感器整個壽命期的時序性定 標係數，使得基於同一衛星時間序列遙感數據進行物理信息變化趨勢分析時，常出現短時 間觀測數據前後分析結果的不一致性，甚至出現跳變現象，大大降低了遙感數據應用的效 能和可靠性。對於工作壽命較長的衛星遙感器，在軌定標係數的非時序性嚴重影響了歷史 數據產品質量的改進和再利用，研宄星載光學遙感器整個壽命期的時序性輻射定標係數實 現方法，獲取遙感器時間序列定標係數，可為後續基於連續遙感數據開展定量化趨勢分析 研宄提供質量保證。
[0004] 目前，我國星載光學遙感器多不具備在軌實時輻射定標功能，運行過程中的輻射 定標具有較大的隨機性，而地面替代定標方法必須依託一定的場地目標、實測數據等條 件，且無法獲取時間連續的定標係數。現有定標手段和模型的時效性以及連續性都無法滿 足日益發展的遙感應用需求，長壽命衛星遙感器時序性輻射定標係數實時方法的缺乏也制 約了我國自主衛星歷史遙感數據產品質量的改進和長時間序列遙感數據的再利用技術的 發展。
【發明內容】
[0005] 本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了一種星載光學遙感器在 軌時定標係數重建方法，實現了星載光學遙感器的在軌時序定標，可提供星載光學遙感器 全壽命周期的定標係數，最大程度上滿足了連續遙感數據定量化應用的需求。
[0006] 本發明的技術解決方案是：一種星載光學遙感器在軌時序定標係數重建方法，步 驟如下：
[0007] (1)獲取星載光學遙感器歷次在軌福射定標係數，記為（gairii, offset)、 (gain2, Offset2)…（gaint, Offsett)，其中t為星載光學遙感器發射後在軌運行累積天數； 所述gaih，gain2. ·· gaint為星載光學遙感器的福射響應度，offset D Offset2. ·· Offsett為 星載光學遙感器自身暗噪聲偏移量；
[0008] (2)對步驟⑴中的在軌輻射定標係數進行同化處理，獲得相同暗噪聲偏移量條 件下的等效福射響應度gainYt);
[0009] (3)時序定標模型確立：星載光學遙感器的輻射響應多採用線性化設計，且滿足 線性移不變特徵，假設遙感器運行過程中輻射定標係數增益是時間特性的函數，則星載光 學遙感器的輻射響應度數學模型為：
[0010] gain*new(t) = f(t) = V^k1 · t+k2 · t2+...km · Γ
[0011] 式中：gain:(t)為光學遙感器第t天的輻射響應度，
[0012] t為星載光學遙感器在軌運行天數；U Ic1，…km為輻射響應度數學模型的係數；
[0013] (4)以步驟（2)的等效輻射響應度為樣本，確定步驟（3)中星載光學遙感器輻射響 應度數學模型的模型參數，具體為：
[0014] (4. 1)利用步驟（2)中等效輻射響應度對不同階數m的輻射響應度數學模型分別 進行多項式擬合，並計算擬合後的輻射響應度數學模型與步驟（2)中等效輻射響應度的相 關係數，以最大相關係數對應的m值作為確定的輻射響應度數學模型的多項式階數；所述 m ^ 5 ；
[0015] (4. 2)採用步驟（4. 1)獲取的初始輻射響應度數學模型獲得新的輻射響應度 gair^'^U)，並計算新福射響應度gair^'^U)與步驟（2)中等效福射響應度的平均福射 響應度偏差Again，具體由公式：
[0016]
【權利要求】
1. 一種星載光學遙感器在軌時序定標係數重建方法，其特徵在於步驟如下： (1) 獲取星載光學遙感器歷次在軌福射定標係數，記為（gairii, offset)、 (gain2, Offset2)…（gaint, Offsett)，其中t為星載光學遙感器發射後在軌運行累積天數； 所述gaih，gain2. ·· gaint為星載光學遙感器的福射響應度，offset D Offset2. ·· Offsett為 星載光學遙感器自身暗噪聲偏移量； (2) 對步驟（1)中的在軌輻射定標係數進行同化處理，獲得相同暗噪聲偏移量條件下 的等效福射響應度gainYt); (3) 時序定標模型確立：星載光學遙感器的輻射響應多採用線性化設計，且滿足線性 移不變特徵，假設遙感器運行過程中輻射定標係數增益是時間特性的函數，則星載光學遙 感器的輻射響應度數學模型為： gain*new(t) = f(t) = V^k1 · t+k2 · t2+...km · Γ 式中：gain\"(t)為光學遙感器第t天的輻射響應度，t為星載光學遙感器在軌運行天 數；h，Ic1，…km為輻射響應度數學模型的係數； (4) 以步驟（2)的等效輻射響應度為樣本，確定步驟（3)中星載光學遙感器輻射響應度 數學模型的模型參數，具體為： (4. 1)利用步驟（2)中等效輻射響應度對不同階數m的輻射響應度數學模型分別進 行多項式擬合，並計算擬合後的輻射響應度數學模型與步驟（2)中等效輻射響應度的相 關係數，以最大相關係數對應的m值作為確定的輻射響應度數學模型的多項式階數；所述 m ^ 5 ； (4.2)採用步驟（4. 1)獲取的初始輻射響應度數學模型獲得新的輻射響應度 並計算新福射響應度gaWl,⑴與步驟⑵中等效福射響應度的平均福 射響應度偏差Λ gain，具體由公式：
給出，式中⑴為基於模型參數（Uk1，…km)計算的擬合後的輻射響應度； Again為平均福射響應度偏差；η為步驟（2)中計算的等效福射響應度樣本數； (4. 3)利用步驟（4. 2)中計算得到的平均輻射響應度偏差Again對擬合後的輻射響應 度淨咖\,⑴進行判斷，具體為： 若擬合後的擬合後的輻射響應度(X):滿足：
則線性擬合結束，其中ε (ε <7%)為遙感器定標精度要求，以當前進行擬合的模型 參數G^k1,…km)作為星載光學遙感器輻射響應度數學模型的模型參數，進入步驟（5); 否則，進入步驟（4.4); (4. 4)對步驟（2)等效輻射響應度樣本中的每一個等效輻射響應度進行判斷，若第t天 的等效輻射響應度滿足：
則用擬合後第t天的等效輻射響應度代替步驟（2)中第t天的等效輻射響應度，組成 新的等效輻射響應度樣本集，重複步驟（4.2)?步驟（4.3); (5)利用步驟（4)確定的星載光學遙感器輻射響應度數學模型，進行星載光學遙感器 在軌時序輻射定標係數的實時獲取。
2.根據權利要求1所述的一種星載光學遙感器在軌時序定標係數重建方法，其特徵在 於：所述步驟（2)中對步驟（1)中的在軌輻射定標係數進行同化處理，獲得相同暗噪聲偏移 量條件下的等效福射響應度gain"* (t)，具體為： 若運行過程中，星載光學遙感器自身暗噪聲偏移量信息變化，則等效輻射響應度 gainYt)具體計算過程如下： 光學遙感器在第t天的輻射定標關係式為： DNt= gain t · Lt+offsett 式中：DNt為星載光學遙感器一級產品的波段計數值，DNt由星載光學遙感圖像直接獲 取；Lt為星載光學遙感器第t天接收到的大氣頂層輻亮度；gain t為遙感器在第t天的輻射 響應度；OfTsett為遙感器在第t天的自身暗噪聲偏移量； 在光學遙感器自身暗噪聲偏移量不變的前提下，即offset"*= OfTset1條件下，基於第 t天的等效輻射定標係數獲取的大氣頂層輻亮度信息公式為：
聯合以上公式推算出等效定標係數計算公式：
式中：gainYt)為第t天偏移量OfTseti"條件下的等效福射響應度； 若運行過程中，星載光學遙感器自身暗噪聲偏移量信息恆定，即Offset1= Offset2 = ... Offsett，貝丨J有 gain* (t) = gaint〇
【文檔編號】G06F19/00GK104517031SQ201410658668
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年11月18日 優先權日:2014年11月18日
【發明者】韓啟金, 張學文, 傅俏燕, 潘志強, 王愛春, 劉李 申請人:中國資源衛星應用中心