光学遥感器光谱响应特性在轨评估中的光谱靶标设计_李鑫

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Ｋ ｅ Ｌ ａ ｏ Ｏ ｔ ｉ Ｃ ａ ａ ｎ Ｃ ｈ Ｃ ｈ Ａ ｃ ｏ Ｓ ｃ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｃ ａ ｌ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ ａ ｄ ｅ ｍ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ， ｙ ｆ ｐ ｆ ｙ ｙ ｉ， ｈ ｕ ｉ ０ ０ ３ １， ｉ ｎ ａ Ｈ ｅ ｅ Ａ ｎ ２ ３ Ｃ ｈ ｆ
；收到修改稿日期 ： ２ ０ １ ４ ０ １ ４ ０ １ １ ５ ２ ０ ２ １ ９ － － － － 收稿日期 ： ） 、 ） 基金项目 ：国家 ８ 安徽省自然科学基金 （ ２ １ ２ ０ ８ ０ ８ ０ ５ ６ ３ 计划 （ ２ ０ １ ２ ＡＡ １ ２ Ａ ３ ０ ２ Ｑ ｄ ７ ４ － ， 作者简介 ：李 鑫 （ 男， 博士研究生 ， 主要从事光学遥感卫星光谱响应函数校正方面的研究 。 １ ９ ８ ３—） ： Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｌ ｉ ｘ ｉ ｎ １ ２ ３＠ｍ ａ ｉ ｌ ． ｕ ｓ ｔ ｃ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ ， 导师简介 ：张黎明 （ 男， 博士 ， 研究员 ， 博士生导师 ， 主要从事光学遥感器辐射定标与标准传递等方面的研究 。 １ ９ ５ ８—） ： Ｅ－ｍ ｉ ｌ ｌ ｍ ｚ ｈ ａ ｎ ｉ ｏ ｆ ｍ． ａ ｃ ． ｃ ｎ ａ ＠ａ ｇ 本文电子版彩色效果请详见中国光学期刊网 ｗｗｗ． ｏ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ． ｎ ｅ ｔ ｐ ｊ ０ ７ ２ ８ ０ ０ ２ １ －
提， 光谱响应函数反映了成像系统的光谱响应特性 ， 与遥感器辐射定标过程密切相关 。 遥感器在轨运行 期间 ， 受发射振动 、 温 度 变 化 等 因 素 的 影 响， 光谱响 应特性会产生退化 ， 进而使目标物理量的探测值与 真值产生偏差 ， 严重影响数据产品的定量化应用 ， 这 在中 分 辨 率 成 像 光 谱 仪 （ Ｄ Ｉ Ｓ）和 探 测 仪 器 ＭＯ
通过
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／ 使用海 洋 上 空 的 云 和 沙 漠 两 种 方 法 对 ＡＶＨＲ Ｒ 第二通道进行了绝 对 辐 射 定 ＮＯＡＡ－９， １ １ 的第一 ， 标， 发现第一通道定标数据存在不一致性 ， 经分析认 为第一通道的有效中 心 波 长 存 在 １ 该 ｍ 的 红 移， ７ｎ 结论通过 对 澳 大 利 亚 气 溶 胶 数 据 的 测 量 得 到 了 验 证 。 由此可见 ， 虽然 卫 星 遥 感 器 带 有 严 格 的 保 护 装 置， 但由于污染与元 件 老 化 等 原 因 带 来 的 光 谱 响 应 函数退化依然无法避免 。 实验室测量光谱响应函数是利用单色仪或可调 谐激光器进行逐波 段 扫 描 ， 最后通过插值得到完整
１ 引 言
多光谱遥感技术利用多光谱扫描或摄影技术来 获取同一地物目标 不 同 谱 段 的 图 像 ， 该技术扩大了 遥感影像的信息量 ， 从诞生之日起便在环境污染监 测、 自然灾害评估 、 农作物生长监测等方面发挥着重
１］ 。辐 射 定 标 是 遥 感 数 据 定 量 化 应 用 的 前 要作用 ［
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光 学 学 报
（ 的长期观测数据中已经显现 。 ＡＶＨＲ Ｒ） 在对 ＭＯ ｉ ｄ ｎ ｉ ａ等 Ｄ Ｉ Ｓ 探测器 Ｃ Ｄ ａ ｖ ５数据 ｊ 的定量分析中发现 ， ｒ ｒ ａ与 Ａ ｕ ａ测量的归一化植 Ｔ ｅ ｑ
［ ］ ２－３
式中 ＤＮ－ｔ Ｅｇ（ λ）为到达目标 的 光 ａ ｒ 为目标的响应值 ， 为地面目标双向 源光谱辐照度 ， Ｒ λ， θ θ ｔ ｓ， ｓ， ｖ， ｖ） ｒ（ ａ 反射比 ， θ ｓ、 ｓ 分别为光源 入 射 的 天 顶 角 和 方 位 角 ， φ Ｔ（ θ λ）为 ｖ， ｖ 分别为遥感器观测天顶角与方位角。 φ 由目标到遥感 器 的 大 气 透 射 率 ， ＤＮ－ａ， ａ － ｇ 为大气程辐 射与地气耦合辐 射 形 成 的 响 应 值 ， ＤＮ－０ 为 遥 感 器 暗 电流 。 利用经验线性法反演得到的目标反射率可以表 示为
（
２
１
中国科学院安徽光学精密机械研究所 ，安徽 合肥 ２ ３ ０ ０ ３ １
中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室 ，安徽 合肥 ２ ０ ０ ３ １ ３
）
摘要 光学遥感器在轨运行期间 ， 受温度变化 、 空间 辐 射 等 因 素 的 影 响 ， 其 光 谱 响 应 特 性 会 产 生 变 化， 进而使目标 物理量的测量值产生退化 。 以光谱靶标为检测参照 ， 通 过 建 立 合 适 的 退 化 模 型， 可以实现对遥感器光谱响应特性 的在轨评估 。 为达到这一目的 ， 需要针对遥感器的光谱响应函数设计出合适的 光 谱 靶 标 ， 通过仿真模拟计算， 得出 了光谱反射率呈高斯模式的光谱靶标最适合进行在轨评估的结论 ， 在轨实验结果初步验证了设计结果的正确性 。 关键词 遥感 ；光谱定标 ； 多光谱相机 ； 退化效应 ； 光谱靶标 ： ／ 中图分类号 Ｔ Ｐ ７ ９； Ｏ ４ ３ ３． ４ 文献标识码 Ａ ｄ ｏ ｉ １ ０． ３ ７ ８ ８ Ａ Ｏ Ｓ ２ ０ １ ４ ３ ４． ０ ７ ２ ８ ０ ０ ２
１２ １２ １２ １２ Ｌ ｉ ｎ ａ ｎ Ｌ ｉ ｍ ｉ ｎ ｅ ｎ Ｈ ｏ ｎ ａ ｏ ｅ ｉ ｗ ｅ ｉ ｉ Ｘ ｈ ｈ ｕ Ｗ Ｚ Ｘ ｇ ｇ Ｃ ｇ ｙ
１ ｎ Ｉ ｎ ｏ Ｏ ｔ ｉ ａ ｎ Ｆ ｉ Ｍ ｅ Ｃ ｈ Ａ ｃ ｏ Ｓ ｃ Ｈ ｅ ｅ Ａ ｎ ２ ３ Ｃ ｈ ｈ ｕ ｉ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｃ ｓ ｄ ｎ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ， ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ ａ ｄ ｅ ｍ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ， ｉ， ｈ ｕ ｉ ０ ０ ３ １， ｉ ｎ ａ ｆ ｐ ｆ ｆ ｙ 烄Ａ 烌 ２
第３ ４卷 第７期 ２ ０ １ ４年７月
光 学 学 报 Ｔ Ａ Ｏ Ｐ Ｔ Ｉ Ｃ Ａ Ｓ Ｉ Ｎ Ｉ Ｃ Ａ Ａ Ｃ
ｌ ． ３ ４，Ｎ ｏ ． ７ Ｖ ｏ ， ｌ １ ４ Ｊ ｕ ０ ｙ ２
光学遥感器光谱响应特性在轨评估中的光谱靶标设计
２ １， ２ １， ２ １， ２ 李 鑫１Βιβλιοθήκη Baidu 张黎明 陈洪耀 徐伟伟
［］ 致的误差 。 Ｋ ｎ 等 ４ 通 过 对 ＡＶＨＲ Ｒ 系列卫星 ｏ ａ ｇ ， Ｖ Ｉ的长期观 测 数 据 的 分 析 发 现 在 卫 星 寿 命 的 Ｎ Ｄ
后期 ， 即使进行发射后辐射定标校正 ， 大多数植被的 Ｖ Ｉ值依然存在 １ ｒ ｍ ｏ ｔ ｅ等 ５％ 的偏差 。Ｖ ｅ Ｎ Ｄ
［ ５］
［ ９］
） 数据 和 气 溶 胶 数 据 存 在 不 一 致 的 情 被指数 （ Ｖ Ｉ Ｎ Ｄ
［ ３］ 况 。Ｌ ｖ ｅ ｙ等 认 为 误 差 来 自 于 星 上 漫 射 板 的 双 向
特 性 的 退 化， 反射分布 （ 但该假定缺乏有力 Ｄ Ｆ） Ｂ Ｒ 的佐证 ， 因此不能排 除 遥 感 器 光 谱 响 应 函 数 退 化 导
Ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｏ ｆ Ｓ ｅ ｃ ｔ ｒ ａ ｌ Ｔ ａ ｒ ｅ ｔ Ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ Ａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｔ ｈ ｅ Ｄ ｅ ｒ ａ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｇ ｐ ｇ ｇ Ｓ ｅ ｃ Ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｔ ｒ ａ ｌ Ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｉ ｎ Ｆ ｌ ｉ ｈ ｔ － ｐ ｇ