[发明专利]一种在轨运行的宽波段卫星遥感器的光谱响应获取方法

说明书

遥感器光谱响应是评价遥感器光谱性能的必要参数，是遥感器把接收到的地物辐射量转换到遥感信号的关键参数，在遥感数据定量处理和应用中必不可少。本发明从理论上提出、并形成一种不依赖于实验室测试数据和星上光谱定标数据的在轨运行宽波段卫星遥感器的光谱响应获取方法。本发明通过分析遥感器成像机理和辐射传输过程，结合优化计算方法建立宽波段卫星遥感器光谱响应解算模型；利用地物光谱库和模拟图像来分析模型解算对数据要求与解算规则；利用同步高光谱遥感图像获取满足模型解算要求的解算样本，并最终实现宽波段卫星遥感器光谱响应的数学解算。

技术领域

本发明是一种对在轨运行的宽波段卫星遥感器的光谱响应获取方法，属于″摄影测量与遥感″学科中″定量遥感″技术领域。

背景技术

随着遥感及其相关技术发展日趋成熟，遥感应用也从定性走向定量，定量遥感是遥感发展的需求和必然结果。定量遥感的前提和基础是遥感数据的定量化，即建立遥感器输出的遥感信号和地表物质反射、发射的辐射量之间的定量关系，在这个过程中，只有通过遥感器光谱响应作用后的能量才最终被量化成遥感信号。因此，遥感器光谱响应是遥感器把接收到的地物辐射量转换到遥感信号的关键参数，是定量遥感的″定量″的前提和基础。另外，由于光谱响应是遥感器对入射能量进行有效转换的一个转换关系参数，光谱响应在遥感数据后续的定量反演和对反演结果的定量化分析中也是不可或缺的必要参数。

遥感器光谱响应一般只能在实验室条件下进行精确测量，在卫星上天后不能直接进行精确测量，目前主要通过星上定标法和光谱吸收带定标法这两种方法对光谱响应进行监测和修正。星上定标法是在卫星上安置稳定的、对光谱吸收或反射敏感的特殊材料和设备，对遥感器进行定期监测和修正。这种方法对星上定标设备的性能要求很高，在实际应用中很难保证精度，且星上定标设备昂贵，因而没有得到广泛应用。光谱吸收特征定标法的前提是遥感器光谱分辨率足够高，小于某些特殊物质在特定的波长位置上的光谱吸收特征，如氧气在760nm的吸收特征，通过比较图像光谱特征和固有光谱特征来评价和修正遥感器光谱响应。

对于波段响应范围在50nm-100nm左右的宽波段卫星遥感器来说，比如Landsat的TM、SPOT卫星的HRV等，由于光谱响应范围大于一般物质的光谱吸收特征，不能用光谱吸收定标法对光谱响应进行标定，现在通用的做法是在卫星发射前在实验室对遥感器进行光谱定标，精确测量每一个波段的光谱响应，假设卫星在发射前后遥感器光谱响应不变化或者其变化可以忽略，直接使用实验室测定的光谱响应。

对于宽波段卫星遥感器而言，假设其光谱响应在其整个生命周期不变化的做法在实际应用中存在一些不足和问题：首先，在严格意义上这种假设不成立。事实上，卫星发射后由于仪器元件的老化和外界因素的干扰，遥感器的性能和灵敏度不断衰减和下降。其次，在特殊情况下，一些遥感器没有在卫星发射前全面测定其光谱响应，极大限制了遥感数据定量化处理和应用。因此，无论是对宽波段卫星遥感器光谱性能的在轨监测和修正，还是为了没有光谱响应的在轨卫星提供光谱响应，都有必要寻求一种新的、不依赖于实验室测试的光谱响应获取方法。

发明内容

本发明针对以上现有技术中存在的不足，提出了一种不依赖实验室测试数据和星上光谱定标数据的宽波段卫星遥感器光谱响应获取方法，实现对在轨运行宽波段遥感器光谱响应的实际测量和更新，解决目前仅依靠卫星发射前在实验室测量的光谱响应作为卫星遥感器整个生命周期内唯一可用值的缺陷和不足。本发明具体步骤包括：

A.根据遥感器成像原理，确定光谱响应在遥感器入瞳辐亮度和遥感图像DN值之间转换过程中的能量传递关系；

B.依据光谱响应在遥感信号转换过程中的作用和光谱响应具有的曲线特性，将其分解为高斯函数形式的快变函数和待求的慢变函数，建立光谱响应的物理模型和解算方程；

C.在Philips光滑约束条件和在上述步骤B中光谱响应解算方程解的2阶导数平方和最小的条件下，综合得到光谱响应解的表达式；根据终得到光谱响应解的表达式，采用迭代方法计算其最优解，该最优解即为遥感器的光谱响应解算值；