一种基于时间序列的星载相机辐射交叉定标方法
【专利摘要】一种基于时间序列的星载相机辐射交叉定标方法，通过基准卫星和目标卫星的运行轨道匹配、影像数据的几何配准、过境时间配准、相机观测角度配准、光谱匹配因子计算和定标系数的增益和偏移量分步计算等实施步骤，以全球范围内的面积大、地表均匀的场地作为交叉定标的场地，开展多次连续定标，提高卫星定标的精度，实现对在轨卫星的辐射性能指标监测，能够以较低的成本完成高频次、高精度辐射业务化定标。在卫星运行周期内，通过高频次、高精度辐射业务化定标，针对相机的在轨运行生命周期开展辐射交叉定标，实现对在轨卫星的辐射性能指标监测。
【专利说明】一种基于时间序列的星载相机辐射交叉定标方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种星载相机辐射交叉定标方法，特别是一种基于时间序列的星载相 机辐射交叉定标方法，可以实现相机的全部在轨运行生命周期的辐射交叉定标，适用于在 星载相机的福射定标。
【背景技术】
[0002] 辐射定标是有效利用遥感数据研宄地球环境变化的基础性工作，是保持观测数据 一致性和数据精度的一项重要工作。由于遥感卫星在轨运行期间外部环境发生变化，所以 在轨运行期间必须通过绝对辐射定标。当遥感仪器不具备在轨定标能力时，一般需要借助 外场定标。
[0003] 1、外场定标对于定标场地和天气条件有严格要求。
[0004] (1)外场定标要求开展辐射定标的场地具有面积大、地表均匀和光学特性稳定等 特征。
[0005] (2)外场定标要求开展福射定标为无云条件下，大气干洁，光学厚度在0. 1?0. 3 之间。
[0006] (3)为了提高定标精度，外场定标需要2?3次星地同步观测，由于太阳同步轨道 卫星的回归周期较长，开展同步观测需要较长时间。
[0007] (4)外场定标精度受限于场地同步光谱、大气等观测资料的精度以及大气辐射传 输模型模拟卫星通道入瞳处的等效辐射亮度的精度。
[0008] (5)外场定标需要卫星和地面的同步观测，由于我国的外场辐射定标场较远，开展 外场定标需要投入较大的人力和物力，不利于业务化定标服务。
[0009] 目前交叉定标方法采用多点回归的方式同步计算目标星载相机的增益和偏移量， 没有考虑其增益和偏移量存在耦合关系，如果同步计算存在误差。且目前交叉定标方法由 于卫星轨道设计的原因，不具备每个月交叉一次的能力，不能构建稳定的卫星交叉定标计 算模型。
【发明内容】
[0010] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于时间序列的星 载相机辐射交叉定标方法，开展了星载相机高频次、高精度的绝对辐射定标，完成了卫星数 据定标系数的定期自动更新，最大程度上满足了星载相机的全部在轨运行生命周期业务化 定标的需求。
[0011] 本发明的技术解决方案是：一种基于时间序列的星载相机辐射交叉定标方法，所 述星载相机为对地成像卫星的可见光相机，所述相机包括4个波段，步骤如下：
[0012] (1)将目标星载相机和基准星载相机进行相关的配准，所述配准包括：轨道配准、 时间配准、几何配准和观测角度配准；所述基准星载相机为美国landsat-8卫星上的OLI相 机；
[0013] (2)计算基准星载相机入瞳处的辐亮度，具体由公式：
[0014]Lbase=a〇*(DN-b〇)
[0015] 给出，式中，％和b^为预先给定的固定值，DN为基准星载相机影像数据的计数值， Lbase为基准星载相机入瞳处的辐亮度；
[0016] (3)计算基准星载相机和目标星载相机对应波段的光谱匹配因子；
[0017] (4)利用步骤（2)中计算得到的基准星载相机入瞳处的辐亮度、步骤（3)计算的基 准星载相机和目标星载相机对应波段的光谱匹配因子以及基准星载相机和目标星载相机 入瞳处辐亮度值之间的关系，确定相同成像条件下目标星载相机入瞳处的辐亮度值；
[0018] 所述基准星载相机和目标星载相机入瞳处辐亮度值之间的关系由公式： _9]Lbase=k*Lobject
[0020] 给出，其中k为基准星载相机和目标星载相机对应波段的光谱匹配因子，1^_为 目标星载相机入瞳处辐亮度值；
[0021] 目标星载相机入瞳处的辐亮度值由公式：
[0022] Lobject=a* (DNr -b)
[0023] 表示，式中，a为增益，b为暗噪声偏移量，DN'为目标星载相机影像数据的计数 值；
[0024] (5)在4个不同的波段，利用目标星载相机夜间对深海成像，并根据成像数据计算 得到4个不同波段条件下目标星载相机的暗噪声偏移量，具体由公式：
[0025]
【权利要求】
1. 一种基于时间序列的星载相机辐射交叉定标方法，所述星载相机为对地成像卫星的 可见光相机，所述相机包括4个波段，其特征在于步骤如下： (1) 将目标星载相机和基准星载相机进行相关的配准，所述配准包括：轨道配准、时间 配准、几何配准和观测角度配准；所述基准星载相机为美国landsat-8卫星上的OLI相机； (2) 计算基准星载相机入瞳处的辐亮度，具体由公式：
给出，式中，％和h为预先给定的固定值，DN为基准星载相机影像数据的计数值，Lb_ 为基准星载相机入瞳处的辐亮度； (3) 计算基准星载相机和目标星载相机对应波段的光谱匹配因子； (4) 利用步骤（2)中计算得到的基准星载相机入瞳处的辐亮度、步骤（3)计算的基准星 载相机和目标星载相机对应波段的光谱匹配因子以及基准星载相机和目标星载相机入瞳 处辐亮度值之间的关系，确定相同成像条件下目标星载相机入瞳处的辐亮度值； 所述基准星载相机和目标星载相机入瞳处辐亮度值之间的关系由公式：
给出，其中k为基准星载相机和目标星载相机对应波段的光谱匹配因子，为目标 星载相机入瞳处辐亮度值； 目标星载相机入瞳处的辐亮度值由公式：
表示，式中，a为增益，b为暗噪声偏移量，DN'为目标星载相机影像数据的计数值； (5) 在4个不同的波段，利用目标星载相机夜间对深海成像，并根据成像数据计算得到 4个不同波段条件下目标星载相机的暗噪声偏移量，具体由公式：
给出，式中：〇ffsetband为某个波段条件下目标星载相机的暗噪声偏移量，offsetband =b出队为成像数据中出现的第i个计数值；k 成像数据中出现的第i个计数值DNi出现的 频次；n为成像数据中出现的计数值的总个数； (6) 在特定成像条件下，利用基准星载相机和目标星载相机对光谱特性稳定的靶标地 物进行成像，利用步骤（4)中的目标星载相机入瞳处的辐亮度值和目标星载相机的计数值 进行多点线性拟合，获得目标星载相机的增益a，从而完成目标星载相机辐射交叉定标系数 的确定，所述特定成像条件为：相机在无云条件下垂直向下观测； (7) 利用步骤（5)和步骤（6)确定的目标星载相机辐射交叉定标系数以及目标星载相 机的计数值，计算所有成像条件下目标星载相机入瞳处的辐亮度值。
2. 根据权利要求1所述的一种基于时间序列的星载相机辐射交叉定标方法，其特征在 于：所述步骤（6)中的光谱特性稳定的靶标地物包括区域性的均匀石膏场、戈壁和水面。
3. 根据权利要求1所述的一种基于时间序列的星载相机辐射交叉定标方法，其特征在 于：所述步骤（3)中计算基准星载相机和目标星载相机对应波段的光谱匹配因子，具体由 公式：
给出，式中Xj，max和Xj，min为GF-1相机j波段的最大波长和最小波长；A1_和A分别为OLI相机i波段的最大波长和最小波长；LT0A-GF1 ( A)和LT0A-Landsat8(A)分别 为星载相机和0LI相机拍摄时大气顶层的辐亮度，辐亮度单位是W*!^2*^* yi(A)和 fj(入）分别为星载相机i波段和〇LI相机j波段的波段响应函数，j为正整数，取值范围为 [l，4]，i为正整数，取值范围为[1，4]。
【文档编号】G01C25/00GK104482939SQ201410645315
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月6日 优先权日:2014年11月6日
【发明者】杨磊, 张学文, 韩启金, 傅俏燕, 潘志强 申请人:中国资源卫星应用中心