HJ-1星CCD相机交叉定标不确定性分析

传感器辐射定标是定量遥感的前提和基础,不确定性分析是保证交叉定标精度的关键.本文通过重新定义定标系数及光谱匹配因子,将定标系数cci定义为归一化表观反射率定标系数,光谱匹配因子定义为归一化表观反射率之比,改进了交叉定标公式.然后通过对比交叉定标的理想状况与实际条件,提出了交叉定标不确定性的八大来源:标准传感器自身定标不确定性、像元匹配不确定性、定标点海拔设置引起的光谱匹配因子不确定性、大气参量设置引起的光谱匹配因子不确定性、地表光谱数据来源引起的光谱匹配因子不确定性、地表二向反射特性引起的光谱匹配因子不确定性、大气辐射传输模型精度引起的光谱匹配因子不确定性以及其他未考虑因素引起的定标结果不确定性.最后针对HJ-1星CCD相机进一步分析了各不确定性来源的贡献大小,为交叉定标选择各种替代措施的可行性提供了判断依据.     

CBERS-02卫星IRMSS传感器热红外通道综合辐射定标

以CBERS-02/IRMSS热红外通道发射前实验室定标为基础,开展了星上黑体定标和与MODIS传感器相应通道的交叉辐射定标,并选择青海湖水面辐射校正场作为在轨绝对辐射定标场地,于2004年8月17日卫星过境青海湖时进行了在轨场地绝对辐射定标实验.星上黑体定标必须清楚的了解IRMSS相机的内部结构和光路,获取和处理星上下传的常温和高温黑体定标数据.星上黑体逐探元定标结果,对后续图像处理中的相对辐射校正和逐探元的绝对辐射定标都具有重要应用价值.与MODES相应通道的交叉定标选取了2004年8月-12月间的6次双星同步观测青海湖和太湖的昼夜数据,通过两传感器的光谱匹配、星地光谱苞配处理和MODTRAN辐射传输计算等几部分工作.综合场地和交叉定标获取的数据,进行多点线性回归,获取定标系数,这种方法可以有效控制由于交叉和场地定标两种独立方法所产生的误差,从而获得稳事实上的定标结果.此次定标的最终结果是通过多种独立定标方法的相互补充和印证,利用多点线性回归法获取了该传感器的定标数据斜率8.53,单位DN/W·m-2·sr-1·um-1;截距44.92,单位DN.     

利用AIRS高光谱数据开展HJ-1B热红外通道的多点交叉定标及验证

我国热红外传感器在轨辐射定标主要通过基于大面积均匀目标的实测数据开展的单点法场地定标以及与高精度中分辨率载荷的多点法交叉定标来实现.单点法场地定标耗时、费力,且无法计算定标系数的截距,与中分辨率载荷的多点法交叉定标受到入瞳辐亮度匹配算法的制约,两者都影响着我国在轨定标系数精度的提高.利用AIRS高光谱数据的光谱特征,针对国产HJ-1B卫星热红外通道进行多点交叉定标方法研究,通过选择临近成像时间、选择均匀区域消除时空差异,同时通过MODTRAN辐射传输模型开展逐像元计算,对不同像元间的观测几何因素进行归一化处理.通过基于单一均匀区域、不同时相的时间序列多点法和基于同一时相、不同均匀区域的均匀目标多点法交叉定标获得HJ-1B热红外通道定标系数,并以基于HJ-1B热红外通道查找表法获取的星上定标系数为基准,对多点法交叉定标所得定标系数进行验证.经过分析,通过剔除时间序列多点法中的异常点和调整均匀目标多点法中的匹配因子,所得定标系数模拟得到的等效离水亮温值与基于星上定标系数反演得到的离水亮温值偏差分别达到1.81和0.92 K.由结果可知,基于AIRS的HJ-1B热红外通道的均匀目标多点法交叉定标结果更精确可信.     

基于波谱知识的CBERS-02卫星遥感图像棉花像元识别方法研究

从中国典型地物标准波谱数据库中收集到3年共16d的地面实验测量数据, 进行统计分析, 得到了棉花各生长期的主要结构参数的分布范围, 使用冠层反射率模型SAILH对棉花全生长期的波谱进行了模拟分析, 进而模拟得到不同日期棉花像元对应的CEBERS-02 CCD各波段的反射率. 并以新疆生产建设兵团农八师143团农场为实验区, 用马氏距离匹配和光谱角度匹配两种方法, 实现了CBERS-02 CCD图像棉花像元提取. 并在最后分析了辐射定标误差对棉花像元识别的影响. 结果表明, 基于CEBERS-02 CCD数据, 使用光谱角度匹配方法可以得到较好的棉花像元识别结果, 能够为以后的棉花长势监测提供有力支持.     

CBERS-02卫星CCD与WFI的NDVI影响因子的分析与比较

CCD和WFI是CBERS-02星上可见光及近红外的载荷.主要探讨它们在植被监测中的应用潜力.比较分析了辐射定标、大气条件及观测几何等因素分别对CCD及WFI传感器观测的NDVI的影响.并分析比较了CCD与WFI红波段及近红外波段的光谱差异对它们NDVI的影响.分析结果表明辐射定标的影响最大,如果不进行辐射定标,NDVI值很难用于植被的监测,而且不同传感器之间的NDVI不具可比性;地表NDVI与TOA的NDVI值相差较大,TOA的NDVI值随着大气条件而改变;地物的非朗伯性及大气路径随观测几何的变化对NDVI值也有影响.CCD与WFI之间由于光谱差异,它们的NDVI值也不同,WFI的NDVI值普遍高于CCD的NDVI值,但两个传感器的地表NDVI值具有很好的线性相关关系.     

CBERS-01/02卫星CCD图像相对辐射校正研究

中巴资原卫星(简称CBERS卫星)01/02卫星搭载的CCD相机作为主要的有效载荷,采用推扫式成像方式,具有较高的空间分辨率和光谱分辨率.由于在实验室示能采集CBERS-01卫星CCD相机整星对接数据, CCD内定标系统又对地成像状态存在一定的差别,CBERS-01卫星发射升空之后,CCD图像相对辐射校正中遇到一系列的问题.采用本景图像统计方法和直方图匹配法两种方法进行地面处理,实验证明直方图匹配法可以选择不同时相的CCD图像进行直方图统计生成对照查找表,既可较大程度减轻相机响应的不稳定带来的影响,又从根本上克服CCD相机非线性特性,因而明显优于本景图像统计方法.鉴于CBERS-01卫星存在的问题,在CBERS-02卫星发射之前,针对CCD相机作了大量的定标实验,并使用半积分球在整星状态下进行对接实验,采集了相对稳定的实验数据,形成一套基础的实验室相对辐射定标系数.CBERS-02卫星在轨飞行时,利用实验室定标系数校正CCD图像,发现图像的相对辐射校正效果仍然不够理想,集中表现在CCD图像3片线隈存在的响应差异,初步研究认为是CCD相机底电平不稳造成的,提出采用纺计方法以中间线隈为基准,通过寻找相邻近似的地物,探测线阵响应之间的差别,进而对基它两线阵的偏移值进行补偿,在不损害图像纹理的情况下,云除3片阵的响应差异,实验证明该方法具有较好的适性.     

环境一号B星红外多光谱相机综合辐射定标

环境一号B星红外多光谱相机(简称HJ-1B星IRS)在轨运行过程中受各种因素的影响,其探测性能不断发生衰减,绝对辐射定标可有效地改善遥感器辐射特性的测量精度,从而提高遥感数据辐射质量.文中针对HJ-1B星IRS星上定标系统特点,利用2010年8月地面同步试验数据对IRS热红外通道进行综合辐射定标,修正了原始定标系数,并进行定标系数的真实性检验.结果表明借助地面试验数据进行的综合辐射定标弥补了星上定标系统的不足,获得的定标系数准确可靠,可满足遥感数据定量化应用的需要.     

环境卫星HJ-1A超光谱成像仪在轨辐射定标及真实性检验

利用2008年10月敦煌辐射校正场同步实验数据,实现了超光谱成像仪在轨辐射定标,并以内蒙贡戈尔草原和澳大利亚Lake Frome实验场两次野外实验数据为依据,对超光谱成像仪的定标系数进行真实性检验.最后,提出了"定标误差置信区间"的概念,定量化计算出定标系数误差的置信区间.结果表明,2008年敦煌定标结果具有较高的可信度,所有通道的定标误差置信区间为2%~12%,较好地满足超光谱成像仪定量化应用的需求.     

高光谱卫星海洋遥感资料辐射精度评价模型研究

对于海洋水色遥感卫星来说,辐射定标精度作为一项重要的核心指标,恰恰是目前我国自主海洋水色卫星存在的不足之处,需要对遥感器进行系统的在轨辐射测量精度评价.文中基于大气辐射传输理论开发了一套高光谱卫星海洋遥感资料辐射精度评价模型(HRSREM),可以比较精确地计算出卫星平台接收到的遥感反射率,来衡量可见光遥感数据的测量精度.通过Gordon查找表方法对HRSREM模型的大气Rayleigh散射和气溶胶散射分量的精度验证,表明模型对两种大气散射计算误差小于2%;利用海上现场ASD高光谱仪测量的天空光反射率对模型的前向散射计算结果验证,其光谱平均相对误差约5.4%;利用宽视场海洋水色扫描仪(SeaWiFS)数据对模型的大气顶遥感反射率计算精度进行验证,其相对误差小于3.5%,说明HRSREM模型对卫星遥感资料的光谱辐射测量评价具有很高的精度.利用HRSREM模型对高光谱遥感卫星Hyperion在澳大利亚附近海域测量数据进行精度估算,可见近红外波段的光谱平均相对误差约为7.3%;对中分辨率成像光谱仪(CMODIS)数据精度评价结果表明,CMODIS存在较大的测量误差,特别是近红外波段的定标系数明显偏大,需要重定标来提高定量化处理和应用水平.     

地物热辐射方向性影响主因子的揭示 ——提高辐射温度方向性观测精度的新途径及数据剖析

排除影响地物热辐射方向性三因子以外的噪声，即消除热红外传感器随着测 量角度的变化所接收到的组分变化所引起的噪声；消除前后测量的时间差里地表热量 平衡变化所引起的噪声，这是多角度遥感测量中的难题，长期以来一直没有得到解决． 提出利用“热像仪－定面积法”和“双传感器－同步法”进行测定．试验结果表明，以前 的几种方法所观测到的数据离散、无规律，而利用本方法获取的数据，呈现出相当有规 律的方向性分布．从而揭示了影响地物目标热辐射方向性的主要因子和它们各自的影 响程度．     

航天成像光谱仪CHRIS辐射与光谱性能评价

CHRIS是欧空局于2001年10月成功发射的PROBA卫星上搭载的探索性高光谱遥感器,它共有5种可选择的作业模式,在可见光到近红外(0.4～1.05μm)范围,最多可以获取62个波段.文中采用基于图像自身的大气校正方法(模型法ACORN和经验法),在图像上选取最具代表性的植被和土壤光谱,对CHRIS这一新型的航天成像光谱仪进行了光谱与辐射性能评价.计算显示,ACORN校正得到的玉米反射率在498～750nm波长区间能够较好地表征植被的反射率光谱特征(如红边特征),尤其是在对气溶胶敏感的蓝光部分比经验方法更有优势,但是在750nm之后就有很大偏差,表明CHRIS在750nm之后的波段存在光谱定标误差;土壤光谱反射率在800nm之后有递减的误差趋势,表明CHRIS在部分波长区间还不能满足模型法大气校正的要求;ACORN反演得到的水汽含量分布图上存在的竖条纹,则表明CHRIS的辐射定标性能的不足.CHRIS仪器作为欧空局第一个真正意义上的航天高光谱遥感器在光谱和辐射性能上仍有待改善.     

CBERS-02卫星CCD相机MTF在轨测量及图像MTF补偿

针对CBERS-02星CCD相机,提出模拟理想靶标场景进行在轨MTF监测.比较分析了该方法与目前常用的几种MTF在轨测量方法测量结果的差异.基于不同方法测得的MTF,采用迭代法、维纳滤波法及修正的逆滤波器法(MIF)对CCD图像进行了MTF补偿.在MTF补偿中,根据实测45度方向0.5频率处的MTF值插值建立二维MTF矩阵.详细比较分析了常规MTF与改进插值MTF矩阵、3种不同补偿方法以及不同在轨MTF测量法对CCD图像的恢复效果,结果说明模拟理想靶标场景法是一种简单有效的在轨MTF测量法,恢复后图像的DN值更接近真实地物,而点源法与边缘法受噪声影响大,测得的MTF很低,恢复效果不好;3种不同MTF补偿模式的比较显示MIF法对CCD图像的复原效果最佳;研究还说明对于CCD传感器改进的插值二维MTF优于常规的二维MTF.该研究为CCD图像质量的改善具有重要的指导意义.     

北部湾红树林的HJ星多光谱遥感提取模式

大区域红树林多光谱遥感提取易受多种地物及自身覆盖度等因素影响,针对这一难题,文中以广西北部湾为研究区,基于HJ星CCD影像,并结合红树林空间分布特征和图谱特征,建立一种适合大区域海岸带的红树林识别提取模式.首先分析影像地物图谱特征,提出用于瞬时海水边线提取的海水比值指数,以及指示红树林的特征指数:红波段角度植被指数和像元波段反射率标准差指数.再从红树林空间生境判定和不同覆盖度反射率变化两方面入手,划分生长适宜区,通过特征指数辅助判定建立最终提取模式.应用结果表明该模式能完整准确地提取不同覆盖度红树林,最大程度消除其他干扰因素影响,总体制图精度达83.70%,用户精度为79.37%,同时也证实HJ卫星CCD多光谱遥感数据应用于海岸带红树林研究的有效性.     

基于分段辐射校正的星载TDI-CCD成像数据辐射处理方法

文中在分析现有的相对辐射校正方法的局限性基础上,提出了一种基于分段辐射校正的星载TDI-CCD成像数据辐射处理方法.该方法利用实验室定标数据对探元不同感光范围的光电响应模式采用不同的模型进行拟合,从而提高定标系数或者查找表的拟合精度.文中选取资源1号02BHR光学影像进行实验,实验结果表明文中提出的方法与现有的方法相比有较大提高.     

HJ-1A/B卫星CCD影像大气订正

大气订正是遥感信息定量化研究中必不可少的一步,目前已有一些成熟的方法,但由于HJ-1A/B卫星CCD相机波段设置特点,常规的大气订正方法基本不适合于HJ-1A/BCCD影像.本文在大量分析HJ-1A/BCCD影像中不同地物的多种指数基础上,提出了改进暗目标法实现HJ-1A/BCCD影像的大气订正,该方法采用比值植被指数(RVI)、土壤调整植被指数(SAVI)和归一化水体指数(NDWI)的综合分析法确定暗像元自动提取,使之适用于环境减灾卫星CCD影像数据.为了客观地验证该方法的精度,本文选取地表平坦均一的敦煌校正场作为实验区,通过多次测量卫星过境时的地表反射率进行分析验证.     

基于水体目标的CBERS-02卫星CCD相机与MODIS的交叉辐射定标

为研究利用中巴地球资源卫星02星(CBERS-02)CCD相机进行水体定量化遥感, 利用高精度的MODIS数据对CCD相机进行了交叉辐射校正. 在均匀清洁水体海域上, 分别选择了两个遥感器同一天过境的具有相同观测区域的两天数据, 利用一种清洁水体大气辐射计算方法和MODIS获得的水体与气溶胶参数, 对CBERS-2 CCD相机的4个通道进行了基于大气层外总辐亮度的交叉辐射校正工作. 由于CCD探测器之间的响应差异较大, 因此在进行辐射校正之前, 还对CCD图像进行了消条带工作. 选择CCD阵列的同一组像元在上述两个区域进行消条带, 以避免残余条带、CCD阵列焦平面照度不匀等的影响. 结果表明, 两天的结果具有很好的一致性.本方法误差在5%左右.     

乌苏里江水深遥感反演

文中在分析卫星遥感测深机理的基础上,利用SVCHR-1024高光谱成像仪确定了可见光反演水深的最佳波段,通过对HJ星CCD数据各波段反射率、波段比值组合对水体、水深的敏感性分析,建立了适合于乌苏里江的单波段对数水深反演模型,从而快速获取乌苏里江河道地形信息,并探测了河道深泓线,整体精度达到80%以上.遥感反演水深可快速探测河道深泓线的方法,为乌苏里江河势演变研究提供了新的思路.     

利用工程散射片测量太阳光谱观测设备的平场

针对大口径小视场的太阳光谱观测设备,提出一套基于工程散射片的平场测量装置和方法.根据太阳观测的视场角以及太阳光谱观测设备的参数,确定了采用散射角为1°、强度分布为平顶的工程散射片.模拟了日面中心宁静区189″×189″观测视场内太阳光经过工程散射片后,在焦面处获得散射光场的均匀性,结果表明其均匀度为99.24%,接近理想的均匀面光源.利用国家天文台怀柔太阳观测基地的太阳光谱观测系统开展了平场测量,将工程散射片置于焦面附近,可有效缩小工程散射片的口径,同时利用小角度转动光栅有限位置的方法测量了该光谱观测设备的平场,包括狭缝和光谱方向的不均匀性.实测结果表明,平场改正后狭缝方向的大尺度强度变化和日震磁像仪(HMI)相同视场的强度接近,光谱方向高频的探测器脏点得到有效校正,通过交叉定标和自定标验证了平场测量的有效性.     

热红外双通道差分模型交叉定标

通过对水体目标热红外辐射传输方程进行推导和变换,建立热红外双通道交叉定标差分模型,克服辐射传输模拟法定标过程中不能真实反映成像时大气条件的不足,提高定标精度.地表、大气和表观能量解析表明,待定通道表观亮温是参考通道表观亮温的差分组合,差分模型避开了成像时大气分层温度和密度状态的影响,唯一需要考虑的是水汽吸收的影响.通过对742条中纬度TIGR大气廓线数据（柱水汽含量范围0～5×103atmcm）的拟合误差分析表明,当参考通道和待定通道观测天顶角在30？以内时,差分模型对水汽含量大小并不敏感,最大误差在0.2K以内,40？以内时最大误差在0.3K,50？以内时最大误差在0.6K,当超过50？时误差不确定性增加,因此差分模型最佳观测角度在30？以内而不要超过50？.青海湖场地替代定标结果作为真值的精度验证表明,以MODISB31,32作为参考通道对IRSB08通道进行的差分模型交叉定标精度与场地替代定标精度一致,差分模型可以作为在轨传感器一种高精度和高频率的替代定标和真实性检验的手段.     

卫星辐射带高能带电粒子观测数据交叉定标-FY3和NOAA应用示例

卫星高能带电粒子观测数据交叉定标是实现多卫星观测数据综合应用的必要前提,同时也为单颗卫星高能带电粒子观测数据相对可靠性验证提供了参考方法．以我国自主观测卫星FY-3B卫星高能带电粒子观测数据与国外同类NOAA-17卫星高能带电粒子观测数据的交叉定标为例,给出了开展空间高能带电粒子观测数据交叉定标的一般方法及过程,经以NOAA-17卫星同期高能带电粒子观测为基准开展的交叉定标结果显示,FY-3B卫星带电粒子观测数据相对于NOAA17卫星观测具有较高的相关性（相关系数CC〉0．9）,可比对的通量数据在数量级上有很好的一致性（一致性系数趋近1．0）,表明对于空间同一现象交叉定标后的FY-3B卫星与NOAA-17卫星带电粒子观测具有相对一致的定性定量关系,FY-3B卫星观测数据可靠有效,可与NOAA-17数据综合开展应用,同时也说明采用的交叉定标方法可以实现去除两颗观测卫星之间系统偏差的目的,验证了方法的可行性．