المعايرة المتبادلة في المدار بناءً على الأقمار الصناعية فائقة الطيف Xiguang-1 01 و Xiguang-1 05 (Tianxianpei)

مقدمة عن المبادئ

تستخدم المعايرة المتقاطعة مستشعرًا ذا دقة معايرة أعلى كمرجع لمعايرة المستشعر المراد معايرته. ويعتمد مبدأها على اختيار أزواج صور متزامنة أو شبه متزامنة تُصوّر الهدف نفسه، وبناءً على تحليل تطابق الاستجابات الطيفية للمستشعرين، وهندسة الرصد، والمعايير الجوية، يتم تحديد العلاقة بين قيم العد الرقمي لصور المستشعرين. ثم تُحسب معاملات معايرة المستشعر المراد معايرته باستخدام معاملات المعايرة الإشعاعية المعروفة للمستشعر المرجعي. عادةً، ترتبط قيمة العد الرقمي (DN) لمستشعر عن بُعد فضائي بعلاقة خطية مع إشعاع بؤبؤ الدخول (الإشعاع الظاهري، إشعاع قمة الغلاف الجوي): L = gain·DN + offset، حيث يُمثل gain و offset على التوالي كسب ونقطة تقاطع معاملات المعايرة، وL يُمثل إشعاع بؤبؤ الدخول للمستشعر، وDN يُمثل قيمة العد الرقمي للصورة.

بيانات

 

	نيشيكو رقم 1 01 نجمة	نيشيكو رقم 1 خمس نجوم (تطابق مثالي)
يكتب	البيانات المرجعية	البيانات المراد معايرتها
نطاق الطول الموجي (نانومتر)	441-854	431-853
عدد الفرق الموسيقية	150	72
FWHM (نانومتر)	1.945	9.16
GSD (م)	40	40
الارتفاع المداري (كم)	484	492
العرض (كم) (عند 500 كم)	80	80

عملية

1. اختيار الصورة

تُفرض قيود بناءً على نطاق المنطقة، ووقت التصوير، وزاوية الرصد. تحديدًا، لا تتجاوز المسافة بين مركز كل صورة 50 كيلومترًا، مما يضمن منطقة تداخل واسعة. أما بالنسبة لفروق وقت التصوير التي لا تتجاوز يومًا واحدًا، فلا يتجاوز فرق زاوية الرصد درجتين.

2. اختيار المنطقة

مثال على منطقة عينة من القمر الصناعي شيغوانغ-1 01

مثال على منطقة عينة للقمر الصناعي Xiguang-1 05 (Tianxianpeihao)

مثال على منحنى الإشعاع المتوسط ​​لمنطقة عينة القمر الصناعي Xiguang-1 01

مثال على منحنى متوسط ​​قيمة DN لمنطقة العينة الخاصة بالقمر الصناعي Xiguang-1 05 (Tianxianpeihao)

تم اختيار منطقة سطحية متجانسة في الجزء الشرقي من حوض تشايدام كمنطقة مستهدفة للمعايرة. وتم اختيار 16 مجموعة بيانات في نهاية المطاف. ضمن كل مجموعة بيانات، تم اختيار المنطقة نفسها كعينة من بيانات قمري شيغوانغ-1 01 وشيغوانغ-1 05 (قمر "تيانشيانبي").

3. التصحيح الطيفي للقمر الصناعي شيغوانغ-1 01

تم تصحيح الطيف الخاص بالقمر الصناعي Xiguang-1 01 باستخدام وادي امتصاص الأكسجين عند 760 نانومتر لتصحيح موضع الطول الموجي المركزي لإعادة أخذ العينات الطيفية اللاحقة وحساب عامل المطابقة الطيفية (SMF).

4. تصحيح الإشعاع للقمر الصناعي Xiguang-1 01

تم إجراء التصحيح الإشعاعي باستخدام معاملات معايرة الموقع للحصول على بيانات الإشعاع الظاهري لمنطقة العينة، وتم حساب متوسط ​​قيمة الإشعاع داخل المنطقة لكل عينة.

5. تصحيح التيار المظلم للقمر الصناعي Xiguang-1 05 (قمر صناعي ذو تطابق سماوي).

تم حساب التيار المظلم باستخدام صور ليلية لمناطق صحراوية التقطها القمر الصناعي شيغوانغ-1 05 (تيانشيانبي). حُسب التيار المظلم نطاقًا تلو الآخر لتصحيح الصورة الأصلية والحصول على قيمة التيار المظلم المصححة لمنطقة العينة. ثم حُسب متوسط ​​قيمة التيار المظلم لكل منطقة عينة.

6. مطابقة إشعاع الطول الموجي المركزي للقمر الصناعي Xiguang-1 01 مع القمر الصناعي Xiguang-1 05 (تطابق تام)

تُعدّ كلٌّ من البيانات المرجعية والبيانات المراد تصحيحها بيانات طيفية فائقة، ووظائف الاستجابة الطيفية (SRFs) الخاصة بها غاوسية، إلا أن عرضها الكامل عند نصف الارتفاع (FWHM) يختلف اختلافًا كبيرًا، مما قد يؤدي إلى انحياز إشعاعي، لا سيما في النطاقات ذات الخصائص الطيفية البارزة (مثل نطاقات الامتصاص). لذلك، يلزم إعادة أخذ العينات الطيفية وتصحيح عامل المطابقة الطيفية للتعويض عن تباين FWHM.

إعادة تشكيل الطيف وقياس استجابة الإشعاع الشمسي: استُخدم الالتفاف الغاوسي لمحاكاة استجابة الإشعاع الشمسي عند 9.16 نانومتر للقمر الصناعي Xiguang-1 05 (المعروف أيضًا باسم Xiguang-1-05) باستخدام بيانات 1.945 نانومتر من القمر الصناعي Xiguang-1 01، مما قلل من فقدان التفاصيل الطيفية. كما استُخدم الاستيفاء التكعيبي لمطابقة الطول الموجي المركزي للقمر الصناعي Xiguang-1 05 (المعروف أيضًا باسم Xiguang-1-05). بعد ذلك، تم الحصول على استجابات الإشعاع الشمسي لكلا القمرين الصناعيين، واختيرت أطياف قياسية مختلفة لأجسام أرضية. استُخدم نموذج نقل إشعاعي لإجراء محاكاة عند قمة الغلاف الجوي لحساب استجابة الإشعاع الشمسي وتصحيح الانحياز الإشعاعي.

7. مطابقة الإشعاع الظاهري للقمر الصناعي Xiguang-1 01 والقمر الصناعي Xiguang-1 05 (Tianxianpei) بقيمة DN

جدول إحصائيات الإشعاع الظاهري

جدول إحصائيات قيمة DN

باستخدام بيانات TOA المصححة لـ SMF من القمر الصناعي Xiguang-1 01 وبيانات قيمة DN من القمر الصناعي Xiguang-1 05 (المعروف أيضًا باسم Tianxianpei) كمتغيرات تابعة ومستقلة للمطابقة الخطية، تم إجراء مطابقة خطية، وتم الحصول على الكسب والانحياز نطاقًا تلو الآخر، بإجمالي 120 عينة. تم حساب متوسط ​​الكسب والانحياز لجميع العينات لكل نطاق باعتباره الكسب والانحياز النهائيين لذلك النطاق.

التحقق من معامل المقياس

تمت ملاءمة معاملات معايرة القمر الصناعي Xiguang-1 05 (Tianxianpeihao) لإجراء التصحيحات الإشعاعية والجوية، ومقارنتها مع TOA وانعكاس السطح للقمر الصناعي Xiguang-1 01 للتحقق من معاملات المعايرة.

مقارنة الإشعاع بين Xiguang-1 01 و Xiguang-1 05 (القمر الصناعي "Tianxianpei")، بوحدة واط/م²/ستراديان/ميكرومتر.

مقارنة الانعكاسية بين قمري Xiguang-1 01 و Xiguang-1 05 (تطابق تام) (مكبرة 10000 مرة).

بالمقارنة مع القمر الصناعي Xiguang-1 01، يظهر الإشعاع الظاهري وانعكاس السطح نفس الاتجاه، مما يشير إلى أن معاملات المعايرة بعد المعايرة المتبادلة ممكنة للغاية.

مثال على صورة نتائج المعايرة المتبادلة

صورة للقمر الصناعي Xiguang-1 05 (المعروف أيضًا باسم Tianxianpei) بالقرب من شيتاغونغ، بنغلاديش (15 يناير 2025)

منحنيات الإشعاع لخصائص أرضية مختلفة، بوحدات واط/م²/ستراديان/ميكرومتر

منحنيات الانعكاس لخصائص أرضية مختلفة

صورة لكورسيكا، فرنسا من القمر الصناعي Xiguang-1 05 (المعروف أيضًا باسم القمر الصناعي "المباراة السماوية") (15 يوليو 2025)

رسم تخطيطي لنقاط أخذ عينات المحيط على أعماق مختلفة

رسم تخطيطي لنقاط أخذ عينات المحيط على أعماق مختلفة

منحنيات إشعاع المحيط عند أعماق مختلفة، بوحدات واط/م²/ستراديان/ميكرومتر. تشير الأرقام المتزايدة إلى زيادة العمق.

منحنيات انعكاس المحيط عند أعماق مختلفة

منحنيات الانعكاس لخصائص أرضية مختلفة