一种星载光学遥感器在轨时序定标系数重建方法
【专利摘要】一种星载光学遥感器在轨时序定标系数重建方法，首先获取待定标光学遥感器在轨定标系数并对定标系数进行同化计算，确定光学遥感器时序定标计算模型；然后依据定标系数和计算模型拟合模型初始参数，并利用最优判定函数对模型参数进行迭代修订，确定最终时序定标模型参数；最后根据确定的时序定标模型计算光学遥感器任意时间的辐射定标系数，本发明实现了星载光学遥感器的在轨时序定标，可提供星载光学遥感器全寿命周期的定标系数，最大程度上满足了连续遥感数据定量化应用的需求。
【专利说明】一种星载光学遥感器在轨时序定标系数重建方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种在轨时序定标系数重建方法，特别是一种星载光学遥感器在轨时 序定标系数重建方法，适用于卫星CCD相机在轨时序定标系数的重建。
【背景技术】
[0002] 航天遥感技术的优势在于长时间序列区域地物遥感信息的自动获取以及变化监 测研宄，而长期的多源化遥感数据处理和应用必须建立在统一规范的具有可比性的物理量 基准之上。星载光学遥感器在轨运行过程中，由于受外部环境变化、自身元器件老化以及电 路系统偏移、辐射响应退化等因素的影响，使得遥感器输入输出间的数量关系不断发生变 化，即绝对辐射定标系数变化，因此必须实时的监测校准上述变化，以确保遥感器输出数据 对应的辐射量基准的一致性和准确性。
[0003] 我国已成功发射资源系列、环境减灾系列等多种卫星光学遥感器，相应的遥感器 在轨辐射定标工作主要依靠地面替代定标技术，定标的频次和连续性受到了较大限制，定 标系数的更新过程具有随机性和阶跃性，尤其缺少卫星光学遥感器整个寿命期的时序性定 标系数，使得基于同一卫星时间序列遥感数据进行物理信息变化趋势分析时，常出现短时 间观测数据前后分析结果的不一致性，甚至出现跳变现象，大大降低了遥感数据应用的效 能和可靠性。对于工作寿命较长的卫星遥感器，在轨定标系数的非时序性严重影响了历史 数据产品质量的改进和再利用，研宄星载光学遥感器整个寿命期的时序性辐射定标系数实 现方法，获取遥感器时间序列定标系数，可为后续基于连续遥感数据开展定量化趋势分析 研宄提供质量保证。
[0004] 目前，我国星载光学遥感器多不具备在轨实时辐射定标功能，运行过程中的辐射 定标具有较大的随机性，而地面替代定标方法必须依托一定的场地目标、实测数据等条 件，且无法获取时间连续的定标系数。现有定标手段和模型的时效性以及连续性都无法满 足日益发展的遥感应用需求，长寿命卫星遥感器时序性辐射定标系数实时方法的缺乏也制 约了我国自主卫星历史遥感数据产品质量的改进和长时间序列遥感数据的再利用技术的 发展。
【发明内容】
[0005] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种星载光学遥感器在 轨时定标系数重建方法，实现了星载光学遥感器的在轨时序定标，可提供星载光学遥感器 全寿命周期的定标系数，最大程度上满足了连续遥感数据定量化应用的需求。
[0006] 本发明的技术解决方案是：一种星载光学遥感器在轨时序定标系数重建方法，步 骤如下：
[0007] (1)获取星载光学遥感器历次在轨福射定标系数，记为（gairii, offset)、 (gain2, Offset2)…（gaint, Offsett)，其中t为星载光学遥感器发射后在轨运行累积天数； 所述gaih，gain2. ·· gaint为星载光学遥感器的福射响应度，offset D Offset2. ·· Offsett为 星载光学遥感器自身暗噪声偏移量；
[0008] (2)对步骤⑴中的在轨辐射定标系数进行同化处理，获得相同暗噪声偏移量条 件下的等效福射响应度gainYt);
[0009] (3)时序定标模型确立：星载光学遥感器的辐射响应多采用线性化设计，且满足 线性移不变特征，假设遥感器运行过程中辐射定标系数增益是时间特性的函数，则星载光 学遥感器的辐射响应度数学模型为：
[0010] gain*new(t) = f(t) = V^k1 · t+k2 · t2+...km · Γ
[0011] 式中：gain:(t)为光学遥感器第t天的辐射响应度，
[0012] t为星载光学遥感器在轨运行天数；U Ic1，…km为辐射响应度数学模型的系数；
[0013] (4)以步骤（2)的等效辐射响应度为样本，确定步骤（3)中星载光学遥感器辐射响 应度数学模型的模型参数，具体为：
[0014] (4. 1)利用步骤（2)中等效辐射响应度对不同阶数m的辐射响应度数学模型分别 进行多项式拟合，并计算拟合后的辐射响应度数学模型与步骤（2)中等效辐射响应度的相 关系数，以最大相关系数对应的m值作为确定的辐射响应度数学模型的多项式阶数；所述 m ^ 5 ；
[0015] (4. 2)采用步骤（4. 1)获取的初始辐射响应度数学模型获得新的辐射响应度 gair^'^U)，并计算新福射响应度gair^'^U)与步骤（2)中等效福射响应度的平均福射 响应度偏差Again，具体由公式：
[0016]
【权利要求】
1. 一种星载光学遥感器在轨时序定标系数重建方法，其特征在于步骤如下： (1) 获取星载光学遥感器历次在轨福射定标系数，记为（gairii, offset)、 (gain2, Offset2)…（gaint, Offsett)，其中t为星载光学遥感器发射后在轨运行累积天数； 所述gaih，gain2. ·· gaint为星载光学遥感器的福射响应度，offset D Offset2. ·· Offsett为 星载光学遥感器自身暗噪声偏移量； (2) 对步骤（1)中的在轨辐射定标系数进行同化处理，获得相同暗噪声偏移量条件下 的等效福射响应度gainYt); (3) 时序定标模型确立：星载光学遥感器的辐射响应多采用线性化设计，且满足线性 移不变特征，假设遥感器运行过程中辐射定标系数增益是时间特性的函数，则星载光学遥 感器的辐射响应度数学模型为： gain*new(t) = f(t) = V^k1 · t+k2 · t2+...km · Γ 式中：gain\"(t)为光学遥感器第t天的辐射响应度，t为星载光学遥感器在轨运行天 数；h，Ic1，…km为辐射响应度数学模型的系数； (4) 以步骤（2)的等效辐射响应度为样本，确定步骤（3)中星载光学遥感器辐射响应度 数学模型的模型参数，具体为： (4. 1)利用步骤（2)中等效辐射响应度对不同阶数m的辐射响应度数学模型分别进 行多项式拟合，并计算拟合后的辐射响应度数学模型与步骤（2)中等效辐射响应度的相 关系数，以最大相关系数对应的m值作为确定的辐射响应度数学模型的多项式阶数；所述 m ^ 5 ； (4.2)采用步骤（4. 1)获取的初始辐射响应度数学模型获得新的辐射响应度 并计算新福射响应度gaWl,⑴与步骤⑵中等效福射响应度的平均福 射响应度偏差Λ gain，具体由公式：
给出，式中⑴为基于模型参数（Uk1，…km)计算的拟合后的辐射响应度； Again为平均福射响应度偏差；η为步骤（2)中计算的等效福射响应度样本数； (4. 3)利用步骤（4. 2)中计算得到的平均辐射响应度偏差Again对拟合后的辐射响应 度淨咖\,⑴进行判断，具体为： 若拟合后的拟合后的辐射响应度(X):满足：
则线性拟合结束，其中ε (ε <7%)为遥感器定标精度要求，以当前进行拟合的模型 参数G^k1,…km)作为星载光学遥感器辐射响应度数学模型的模型参数，进入步骤（5); 否则，进入步骤（4.4); (4. 4)对步骤（2)等效辐射响应度样本中的每一个等效辐射响应度进行判断，若第t天 的等效辐射响应度满足：
则用拟合后第t天的等效辐射响应度代替步骤（2)中第t天的等效辐射响应度，组成 新的等效辐射响应度样本集，重复步骤（4.2)?步骤（4.3); (5)利用步骤（4)确定的星载光学遥感器辐射响应度数学模型，进行星载光学遥感器 在轨时序辐射定标系数的实时获取。
2.根据权利要求1所述的一种星载光学遥感器在轨时序定标系数重建方法，其特征在 于：所述步骤（2)中对步骤（1)中的在轨辐射定标系数进行同化处理，获得相同暗噪声偏移 量条件下的等效福射响应度gain"* (t)，具体为： 若运行过程中，星载光学遥感器自身暗噪声偏移量信息变化，则等效辐射响应度 gainYt)具体计算过程如下： 光学遥感器在第t天的辐射定标关系式为： DNt= gain t · Lt+offsett 式中：DNt为星载光学遥感器一级产品的波段计数值，DNt由星载光学遥感图像直接获 取；Lt为星载光学遥感器第t天接收到的大气顶层辐亮度；gain t为遥感器在第t天的辐射 响应度；OfTsett为遥感器在第t天的自身暗噪声偏移量； 在光学遥感器自身暗噪声偏移量不变的前提下，即offset"*= OfTset1条件下，基于第 t天的等效辐射定标系数获取的大气顶层辐亮度信息公式为：
联合以上公式推算出等效定标系数计算公式：
式中：gainYt)为第t天偏移量OfTseti"条件下的等效福射响应度； 若运行过程中，星载光学遥感器自身暗噪声偏移量信息恒定，即Offset1= Offset2 = ... Offsett，贝丨J有 gain* (t) = gaint〇
【文档编号】G06F19/00GK104517031SQ201410658668
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】韩启金, 张学文, 傅俏燕, 潘志强, 王爱春, 刘李 申请人:中国资源卫星应用中心