【摘要】：人工方式的場地輻射定標受到天氣、資金、人力、時間等多方面的制約,定標頻次有限。隨著遙感衛(wèi)星數(shù)量、種類的增加以及多平臺遙感數(shù)據(jù)的綜合應用,傳統(tǒng)定標方法已難以滿足當前遙感應用的需求。為了在保證定標精度的前提下,實現(xiàn)對衛(wèi)星遙感器的高頻次定標,本文建立了場地自動化輻射定標(Automated Radiometric Calibration in Teat-site,ARCT)技術流程和自動化定標軟硬件平臺,開展了對 MODIS(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer)的輻射定標試驗。本文的主要研究工作包括以下幾個方面:建立了場地自動化定標方法的基本技術流程。論文根據(jù)歷史遙感數(shù)據(jù)分析了輻射定標場地表反射特性的時相變化特征,確定了場地自動化定標方法。根據(jù)輻射定標場地表反射率曲線在時相上呈小范圍內近似于上下平移的特點,利用多通道場地輻射計監(jiān)視地表反射率的變化,通過平移參考曲線的方式,獲取實時高光譜地表反射率。利用太陽輻射計獲取大氣參數(shù)。結合輻射傳輸模型,獲取衛(wèi)星遙感器入瞳處的TOA(top-of-atmosphere)輻亮度,實現(xiàn)對過頂載荷的輻射定標。研制了場地自動化觀測設備:自動化場地輻射計(Automated Test-site Radiometer,ATR)和高精度太陽輻射計(Precision Solar Radiometer,PSR),分別用于地表和大氣參數(shù)的觀測。為保證觀測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與可靠性,對孔徑光闌、濾光片和探測器等溫度敏感的光機器件溫控。為方便數(shù)據(jù)的獲取,利用北斗短報文實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線長距離傳輸。利用"標準燈+參考板"定標系統(tǒng)對ATR開展了實驗室定標,定標系數(shù)年變化率不大于2.5%,說明ATR的光學性能具有較高的穩(wěn)定性。同時,利用太陽在參考板上形成的均勻輻亮度場對ATR現(xiàn)場定標,這種方式的優(yōu)勢在于定標與使用時光譜形狀與幅值接近,避免光譜形狀差異引入的不確定度。利用Langley定標法和主儀器傳遞定標方法對PSR開展了絕對輻射定標,定標結果偏差優(yōu)于0.9%。與CE318同步觀測,獲取的氣溶膠光學厚度偏差不大于0.02,表明PSR的測量具有較高的精度。編寫了自動化定標軟件,實現(xiàn)了從數(shù)據(jù)獲取到輻射定標全鏈路的自動化。軟件根據(jù)實測數(shù)據(jù)直接輸出高光譜TOA輻亮度,可實現(xiàn)對任意過頂遙感器的輻射定標。對MODIS開展了場地自動化輻射定標試驗。定標結果表明,ARTC能夠達到人工定標的同等精度,ARCT預測的TOA輻亮度與MODIS/Aqua觀測值的相對偏差的平均值在3.7%以內,與MODIS/Terra的相對偏差的平均值在5.2%以內。2016年對MODIS開展了連續(xù)4個月的場地自動化定標,其中有效定標次數(shù)為10次,將目前每年1次的定標頻度提高到每月2～3次。本文在國內率先建立了場地自動化定標系統(tǒng),實現(xiàn)了對敦煌輻射校正場地表輻射與大氣參數(shù)的長期自動獲取以及對遙感器的長序列自動化定標。研究結果表明,場地自動化定標技術可以在保證定標精度的前提下顯著提高定標頻次,降低定標成本,提高定標時效性,具有重要的應用價值。
[Abstract]:The site radiation calibration of manual mode is restricted by weather, funds, manpower and time, and the calibration frequency is limited. With the increase of the number and kinds of remote sensing satellites and the comprehensive application of multi-platform remote sensing data, the traditional calibration method is difficult to meet the needs of remote sensing applications. In order to achieve the high frequency sub-scaling of the satellite remote sensor under the premise of guaranteeing the calibration precision, this paper establishes the automatic radiometric Calibration in Teat-site (ARCT) technology flow and the automatic calibration software and hardware platform, and carries out the radiation calibration test to MODIS (MODIFY-resolution Imaging Spectroradiometer). The main research work of this paper includes the following aspects: the establishment of the basic technical process of the field automatic calibration method. According to the historical remote sensing data, the characteristics of the surface reflection of the radiation calibration field are analyzed, and the automatic calibration method of the site is determined. According to the characteristic that the surface reflectivity curve of the radiation calibration field approximates the up-and-down translation in a small range at the time of time, the change of the surface reflectivity is monitored by the multi-channel field radiometer, and real-time high-spectrum surface reflectivity is obtained by translating the reference curve. atmospheric parameters are obtained by means of a solar radiometer. Based on the radiation transmission model, the TOA (top-of-atom) radiance at the entrance pupil of the satellite remote sensor is acquired, and the radiation calibration of the over-top load is realized. Automated Test-site Radiometer (ATR) and High Precision Solar Radiometer (NOAA) are developed for the observation of surface and atmospheric parameters, respectively. In order to ensure the stability and reliability of observation data, temperature-sensitive mechanical device temperature control such as light source, filter and detector is controlled. In order to facilitate the acquisition of data, the wireless long-distance transmission of data is realized by using the Beidou short message. The calibration coefficient of ATR is not more than 2.5% by using the "Standard lamp + reference plate" scaling system, and the optical performance of ATR has higher stability. At the same time, ATR site scaling is carried out by the uniform radiance field formed on the reference plate by the sun, and the advantage of this method lies in that the spectral shape is close to the amplitude value at the time of calibration and use, and the uncertainty of the introduction of the spectral shape difference is avoided. By using the Langley scaling method and the main instrument transfer calibration method, the absolute radiation calibration was carried out. The deviation of the calibration results was better than that of 0. 9%. Compared with CE318, the obtained aerosol optical thickness deviation is not greater than 0.02, which indicates that the measuring accuracy is higher than that of CE318. Automated scaling software has been developed to automate the acquisition of data from data to the full link of radiation calibration. The software directly outputs the high spectral TOA radiance according to the measured data, and the radiation calibration of any overtop remote sensing device can be realized. The field automatic radiation calibration test was carried out on MODIS. The calibration results show that ARTC can achieve the equivalent accuracy of artificial target, the mean value of the relative deviation between the TOA radiance and MODIS/ Aqua observed by ARCT is within 3. 7%, and the mean value of relative deviation from MODIS/ T10A is within 5. 2%. In 2016, a continuous four-month field automatic calibration is carried out for MODIS. wherein the effective scaling times are 10 times, and the scaling frequency of the current one time is increased to 2 to 3 times per month. In this paper, a field automatic calibration system is established in China, which realizes the long-term automatic acquisition of surface radiation and atmospheric parameters of Dunhuang radiation correction field and the automatic calibration of long sequence of remote sensors. The research results show that the field automatic calibration technology can significantly improve the calibration frequency on the premise of guaranteeing the calibration precision, reduce the scaling cost, improve the calibration efficiency and have important application value.
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：V443.5

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本文編號：2297256