【摘要】：傳統(tǒng)的場(chǎng)地反射率觀測(cè)主要依靠人工方式,采用便攜式地物光譜儀分別對(duì)地表和漫反射參考板進(jìn)行測(cè)量,從而獲得地表反射率。該方法存在時(shí)間匹配、參考板和人工操作等誤差。隨著衛(wèi)星遙感器的數(shù)量和種類的日益增加,當(dāng)前的輻射校正場(chǎng)定標(biāo)方法己逐漸不能滿足遙感器在軌輻射定標(biāo)的實(shí)際需求。為發(fā)展場(chǎng)地反射率測(cè)量的新方法,提高場(chǎng)地反射率測(cè)量的效率,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星遙感器的高頻次場(chǎng)地替代定標(biāo),本文研究了一種不同于人工測(cè)量反射率方法的直接輻射測(cè)量方法,通過(guò)同時(shí)獲取地表反射輻亮度和天空總輻照度,采用直接法得到地表反射率。該方法依托于一套自動(dòng)化觀測(cè)系統(tǒng)。本文詳細(xì)介紹了該觀測(cè)系統(tǒng)的研制與測(cè)試,主要研究工作包括以下幾個(gè)方面。介紹了輻射定標(biāo)的意義和三種類型,并闡述了反射率基法定標(biāo)的基本原理。介紹了反射率觀測(cè)設(shè)備和測(cè)量方法目前在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀,并分析了未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。針對(duì)目前反射率觀測(cè)設(shè)備和測(cè)量方法的不足,提出了直接法測(cè)量反射率的技術(shù)路線,闡述了該方法的基本原理。根據(jù)調(diào)研情況和新方法的原理對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了需求分析,并進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)。研制了觀測(cè)系統(tǒng)的主要自動(dòng)化觀測(cè)設(shè)備:光譜輻照度儀和光譜輻亮度儀,分別用于大氣和地表輻射特性的觀測(cè),其光譜范圍均為400 nm-1700 nm。介紹了光譜輻照度儀和光譜輻亮度儀的工作原理、總體設(shè)計(jì)、光機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電子學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。其中光機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為儀器的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)介紹。根據(jù)觀測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)分別制定了光譜定標(biāo)和輻射定標(biāo)方案。光譜定標(biāo)結(jié)果表明VNIR光譜模塊和SWIR光譜模塊的光譜分辨率分別優(yōu)于4 nm和15 nm。將觀測(cè)系統(tǒng)作為一個(gè)整體進(jìn)行了系統(tǒng)級(jí)輻射定標(biāo),輻射定標(biāo)結(jié)果顯示,觀測(cè)系統(tǒng)的不確定度優(yōu)于2.18%。該輻射定標(biāo)方案消除了由標(biāo)準(zhǔn)燈帶來(lái)的不確定度,提高了觀測(cè)系統(tǒng)的輻射定標(biāo)精度。為驗(yàn)證觀測(cè)系統(tǒng)的功能完整性和測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性,對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)分別在合肥和敦煌開(kāi)展了外場(chǎng)測(cè)試。設(shè)計(jì)了不同的實(shí)驗(yàn),并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。在合肥室外開(kāi)展了觀測(cè)系統(tǒng)與SVC光譜儀反射率測(cè)量比對(duì)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示,采用實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)系數(shù)計(jì)算出的反射率與基于參考板的人工測(cè)量反射率的相對(duì)偏差普遍小于2.5%,最大不超過(guò)4%;采用自校準(zhǔn)定標(biāo)系數(shù)計(jì)算出的反射率與基于參考板的人工測(cè)量反射率的相對(duì)偏差普遍小于1.3%,最大不超過(guò)2%。在敦煌輻射校正場(chǎng)也開(kāi)展了觀測(cè)系統(tǒng)與SVC光譜儀反射率測(cè)量比對(duì)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示,基于直接法的觀測(cè)系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)的自校準(zhǔn)定標(biāo)系數(shù),計(jì)算得到的地表反射率相比較基于參考板的人工測(cè)量得到的反射率,其相對(duì)偏差普遍低于1%,最大不超過(guò)3%。合肥、敦煌兩地的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果表明,觀測(cè)系統(tǒng)具備與以往人工測(cè)量反射率方法相當(dāng)?shù)臏y(cè)量精度,具備有效的定標(biāo)系數(shù)自校準(zhǔn)功能。由于還具有在野外環(huán)境中長(zhǎng)期自動(dòng)測(cè)量的優(yōu)勢(shì),因此觀測(cè)系統(tǒng)在對(duì)衛(wèi)星遙感器開(kāi)展全自動(dòng)、高頻次的場(chǎng)地替代定標(biāo)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP73
【圖文】：

ＤＣ０／．邋＝邋ＤＣｊ邋￣邐？邋ｃｉｊ逡逑多點(diǎn)法則需要采用最小二乘法計(jì)算，計(jì)算對(duì)應(yīng)的增益ｆｌ，．和偏移量ＤＣＷ。逡逑如下圖１．１為反射率基法定標(biāo)流程示意圖［４１４５］。逡逑Ｉ光學(xué)佭、臭Ｉ邐｜探空和常規(guī)氣象參逡逑Ｉ益等」里反器射光車譜和匹星：僅Ｉ數(shù)＾量」逡逑邐邋Ｉ邋邐逡逑邐ｊ邐邋邐邋邐逡逑大氣輻射傳輸模型邐衛(wèi)星圖像ＤＮ值逡逑邐邋邐：邐逡逑邐ｉ邐逡逑輻射定標(biāo)系數(shù)逡逑ｐ＊＝ａＤＮ＋ｂ逡逑圖１．１反射率基法定標(biāo)流程不意圖逡逑５逡逑

ｎｍ－１７００ｎｍ。由于這些地物光譜儀具備高精度、高穩(wěn)定性，現(xiàn)已在遙感測(cè)量、農(nóng)逡逑作物監(jiān)測(cè)、礦物分析、海洋學(xué)研究等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。尤其是ＳＶＣ和ＡＳＤ逡逑地物光譜儀，目前在我國(guó)各大高校、科研院所和公司等具有較高的使用率。圖１．２逡逑為四種地物光譜儀的實(shí)物圖，表１．２列出了四種地物光譜儀的各項(xiàng)性能參數(shù)。逡逑ｒ逡逑廔？逡逑ｅｖｏｉｕｈｏｎ逡逑［爹丨丨１逡逑圖１．２國(guó)外便攜式光譜儀實(shí)物圖（左上：ＳＶＣ；右上：ＡＳＤ；左下：ＰＳＲ；右下：逡逑ＡｖａＦｉｅｌｄ）逡逑７逡逑

分鐘可以測(cè)量一次數(shù)據(jù)，采用太陽(yáng)能供電，數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)ＲＲＶ定逡逑標(biāo)場(chǎng)地表反射率數(shù)據(jù)的長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)［５？５７］。但該儀器尚不具備寬波段連續(xù)譜觀測(cè)和逡逑自校準(zhǔn)功能。圖１．４為ＲＳＧ設(shè)計(jì)的ＬＥＤ型自動(dòng)觀測(cè)輻射計(jì)。逡逑圖１．４美國(guó)亞利桑那大學(xué)的場(chǎng)地自動(dòng)輻射計(jì)逡逑９逡逑

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本文編號(hào)：2769914