VIIRS微光通道数据辐射定标与应用技术

论文摘要

遥感数据的精确辐射定标是遥感信息定量化的前提,更是遥感数据能够在各个领域中得到有效应用的基础。论文以夜间VIIRS微光通道为主要研究对象,在分析了星上定标方法的基础上,针对微光通道数据的辐射定标及其应用关键技术和科学问题开展研究,重点对夜间微光条件下的场地替代定标、夜间基于地面灯光源的微光定标、微光通道数据的应用等问题进行了深入的分析,为我国自主微光探测载荷的业务应用提供技术积累。在夜间微光条件下的场地替代定标方面,将中国气象局敦煌辐射校正场作为替代定标试验场地,提出了基于敦煌场的夜间微光替代定标方案,确立了有效观测事件的选取标准,通过长期定标实验确定了模拟辐亮度与观测辐亮度的平均相对误差为-6.2%,总不确定度为8.6%,验证了夜间微光通道基于场地替代定标的可行性。在夜间基于地面灯光源的微光定标方面,首先从现有的普通金卤灯光源出发,分析了普通金卤灯光源的基本参数、布置方式、工作模式,推导了目标像元与背景像元之间模拟辐亮度差值的表达式,建立了普通金卤灯光源工作时灯光辐射向上传输的模型,并提出了基于普通金卤灯光源的微光定标方案,利用卫星观测数据进行了定标试验,目标像元以及背景像元之间观测辐亮度差值与模拟辐亮度差值的相对误差分别为3.9%、16.5%、19.1%,初步验证了基于地面灯光源进行微光定标的可行性。然后,针对普通金卤灯光源微光定标存在的问题,设计和研制了一套适用于夜间微光定标的特制灯光源,具有一定的辐射强度各向均匀性,并基于该特制灯光源给出了微光定标方案,在实验室光源特性测试分析的基础上,开展了外场定标试验,三次试验的相对误差分别是14.8%、13.4%和5.4%,初步验证了该方案的可行性。最后,为进一步提高定标精度和具有更好的适用性,设计并研制了基于积分球的外场微光定标灯光源,具有良好的辐亮度各向均匀性以及稳定的发射辐射,推导了目标像元与背景像元之间模拟辐亮度差值的表达式,建立了积分球灯光源工作时灯光辐射向上传输的模型,并提出了一套基于积分球灯光源的微光定标方案,在实验室辐射特性测试分析的基础上,在敦煌场内开展了基于积分球灯光源的微光定标实验,计算得到观测辐亮度差值与模拟辐亮度差值的平均相对误差为-8.30%,总不确定度为8.35%。在微光通道数据的应用方面,针对大气重力波,探索了基于二维S变换微光通道数据的重力波参数测量方法,有效获取了夜间热带气旋Manhasen激发重力波的水平波长和传播方向分布。针对海洋内波,参照白天太阳耀光条件下的内波遥感观测机制,提出了利用月亮耀光测量夜间内波水平波长和传播方向参数的方案;此外,利用白天和夜间东沙群岛附近海域的成对内波观测图像,通过成对内波信息的叠加,有效获取了内波的传播相速度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究目的和意义
•   1.2 卫星和传感器介绍
•     1.2.1 从NPOESS到 NPP
•     1.2.2 VIIRS/DNB
•   1.3 国内外研究现状
•     1.3.1 DNB直接辐射定标
•     1.3.2 微光遥感应用
•   1.4 主要内容和章节安排
• 第二章 DNB星上定标
•   2.1 引言
•   2.2 基本辐射量
•     2.2.1 辐射能
•     2.2.2 辐射通量
•     2.2.3 立体角
•     2.2.4 辐射强度
•     2.2.5 辐射亮度
•     2.2.6 辐出度与辐照度
•   2.3 基本辐射方程
•   2.4 DNB星上定标方法
•     2.4.1 LGS增益系数
•     2.4.2 MGS和 HGS增益系数
•   2.5 本章小结
• 第三章 基于敦煌场的微光替代定标
•   3.1 引言
•   3.2 敦煌辐射校正场
•   3.3 数据
•     3.3.1 卫星数据产品
•     3.3.2 BRDF验证
•   3.4 基于敦煌场的微光替代定标方案
•     3.4.1 观测事件选取
•     3.4.2 月亮辐照度计算
•     3.4.3 辐射传输计算
•   3.5 结果和讨论
•     3.5.1 太阳杂散光对结果的影响
•     3.5.2 RSR变化对结果的影响
•     3.5.3 RVS效应对结果的影响
•   3.6 本章小结
• 第四章 基于普通金卤灯光源的微光定标
•   4.1 引言
•   4.2 数据
•   4.3 普通金卤灯光源
•     4.3.1 普通金卤灯光源介绍
•     4.3.2 普通金卤灯光源的辐射传输模型
•   4.4 基于普通金卤灯光源的微光定标方案
•     4.4.1 微光定标方案
•     4.4.2 目标像元选取方法
•     4.4.3 背景像元选取方法
•   4.5 结果和讨论
•     4.5.1 观测辐亮度差值
•     4.5.2 模拟辐亮度差值
•     4.5.3 观测事件选取
•     4.5.4 定标试验结果
•   4.6 本章小结
• 第五章 基于特制灯光源的微光定标
•   5.1 引言
•   5.2 特制灯光源设计的关键要求
•   5.3 特制灯光源的结构设计
•     5.3.1 光源单元
•     5.3.2 散热单元
•     5.3.3 控制单元
•     5.3.4 支撑单元
•   5.4 光源特性测试分析
•     5.4.1 单个LED灯珠的测试
•     5.4.2 整个特制灯光源的仿真
•   5.5 基于特制灯光源的微光定标方案
•   5.6 基于特制灯光源的微光定标试验
•     5.6.1 试验基本情况
•     5.6.2 试验结果
•     5.6.3 误差分析
•   5.7 本章小结
• 第六章 基于积分球灯光源的微光定标
•   6.1 引言
•   6.2 积分球灯光源
•     6.2.1 积分球灯光源的结构设计
•     6.2.2 积分球灯光源的辐射传输模型
•   6.3 积分球灯光源的测试
•     6.3.1 光谱辐亮度测试
•     6.3.2 非稳定性测试
•     6.3.3 面均匀性测试
•     6.3.4 角度均匀性测试
•   6.4 基于积分球灯光源的微光定标方案
•   6.5 基于积分球灯光源的微光定标试验
•     6.5.1 观测辐亮度差值
•     6.5.2 模拟辐亮度差值
•     6.5.3 定标试验结果
•     6.5.4 误差分析
•   6.6 本章小结
• 第七章 基于微光通道数据的重力波参数测量
•   7.1 引言
•   7.2 数据
•   7.3 S变换方法
•     7.3.1 一维S变换
•     7.3.2 二维S变换
•   7.4 基于已知波域数据的仿真试验
•   7.5 基于微光通道数据的重力波参数测量方案
•     7.5.1 数据预处理
•     7.5.2 异常像元修复
•     7.5.3 二维S变换的应用
•   7.6 基于微光通道数据的重力波参数测量试验
•     7.6.1 基于2013年5月14日观测数据的测量试验
•     7.6.2 基于2013年5月13日观测数据的测量试验
•   7.7 本章小结
• 第八章 基于微光通道数据的内波参数测量
•   8.1 引言
•   8.2 数据
•   8.3 基于微光通道数据的内波参数测量方案
•     8.3.1 针对单幅图像的内波遥感
•     8.3.2 针对成对图像的内波遥感
•   8.4 针对单幅图像的内波参数测量试验
•     8.4.1 针对白天NPP卫星图像的内波遥感
•     8.4.2 针对夜间NPP卫星图像的内波遥感
•     8.4.3 针对夜间JPSS-1卫星图像的内波遥感
•   8.5 针对成对图像的内波参数测量试验
•     8.5.1 参数测量理论
•     8.5.2 成对内波的叠加
•     8.5.3 试验结果
•   8.6 本章小结
• 第九章 总结与展望
•   9.1 主要的研究工作与结论
•   9.2 研究成果及创新点
•   9.3 存在的问题与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果

文章来源

类型: 博士论文

作者: 胡申森

导师: 严卫,马烁

关键词: 微光探测,辐射定标,敦煌辐射校正场,地面灯光源,二维变换,重力波,内波

来源: 国防科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学

单位: 国防科技大学

基金: 军队武器装备预先研究项目“某卫星资料处理技术研究”,国家自然科学基金项目“微光云图成像仪在轨和替代定标方法研究”(2014-2017),国家自然科学基金项目“基于灯光源的微光云图成像仪定标技术研究”(2016-2019)

分类号: P237

DOI: 10.27052/d.cnki.gzjgu.2019.000120

总页数: 158

文件大小: 7275k

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