Спектрлік радиометриялық калибрлеу: қашықтықтан зондтау деректерін сандық түрлендірудің кілті

Метеорологиялық спутниктер, құрлық спутниктері және мұхит спутниктері сияқты Жерді бақылау платформаларын үздіксіз орналастырумен қашықтықтан зондтау деректері қарқынды өсуде. Дегенмен, шикі деректер сандық кернеу мәндері түрінде бар. Егер оны физикалық тұрғыдан маңызды спектрлік сәулелену ақпаратына дәл түрлендіру мүмкін болмаса, Жерді бақылау мен талдаудың сенімділігін қолдау қиын болады, климаттың өзгеруін бақылау және апаттар туралы ерте ескерту сияқты салалардың сандық қажеттіліктерін қанағаттандыру қиын болады.Спектрлік радиометриялық калибрлеу әдістеріДәл осы негізгі қарама-қайшылықты шешудің кілті.

Техникалық тұрғыдан алғанда, спектрлік радиометриялық калибрлеу технологиясының негізі жердегі нысандардың нақты сәулеленуі мен құралдың шығыс кернеу сигналы арасындағы әртүрлі спектрлік диапазондардағы дәл сәйкестікті орнатуда жатыр. Бұл процесс құралды калибрлеуге ғана емес, сонымен қатар қашықтықтан зондтау деректері үшін сенімділік эталонын белгілейді – әртүрлі бақылау уақыттарында және әртүрлі платформаларда алынған сол жердегі нысанның сәулелену деректерінің сәйкестігін қамтамасыз етеді. Бұл қашықтықтан зондтауды бақылаудың зертханалық тексеруден жаһандық динамикалық мониторингке көшуін қолдайды және қашықтықтан зондтау қолданбаларын сапалық сипаттамадан сандық талдауға түрлендіруге ықпал етеді.

Спектрлік бейнелеу құрылғыларына арналған калибрлеу технологиялық жүйесі бірнеше енгізу жолдарын қамтиды (1-суретте көрсетілгендей). Олардың ішінде спутникті ұшыру алдындағы калибрлеу процесі ерекше маңызды және ол негізінен екі негізгі модульге бөлінеді: зертханалық калибрлеу және далалық калибрлеу.

1-сурет. Спектрлік бейнелеуішті калибрлеу әдістерінің жіктелуі

Зертханалық калибрлеу - спутник зауыттан шыққанға дейінгі негізгі калибрлеу қадамы. Оның негізгі мақсаты - аспаптың ішкі ауытқуларын (мысалы, детекторлық жауаптың біркелкі еместігі) жою, орбиталық бақылаулар үшін бастапқы дәлдік эталонын белгілеу және кейіннен қателіктерге байланысты үлкен көлемдегі деректерді қайта өңдеуден аулақ болу. Бұл қадам үш негізгі аспектіні қамтиды: Біріншіден, стандартты жарық көзі ретінде монохроматорды пайдалана отырып, спектрлік калибрлеу аспаптың спектрлік жауап функциясын (SRF) құру үшін белгілі бір толқын ұзындығындағы монохроматикалық жарықтың шығысын кезең-кезеңмен реттеуді, детектор пикселдерінің орталық толқын ұзындығын, өткізу қабілеттілігін және спектрлік сызық қисығын дәл анықтауды және спектрлік дрейфтен туындаған жер бетінің ерекшеліктерін анықтау ауытқуын азайтуды қамтиды; Екіншіден, салыстырмалы радиометриялық калибрлеу, ол детектор массивіндегі пикселдер арасындағы жауап айырмашылықтарына негізделген пиксель деңгейіндегі жауап теңестіруге қол жеткізу үшін салыстырмалы радиометриялық коэффициентті есептейді, кескін жолақтарының әсерлері мен жиектердің әлсіреуін жояды және кескін жарықтығының біркелкілігін қамтамасыз етеді (2-суретте көрсетілгендей); Үшіншіден, кеңістіктегі диффузиялық жарық ортасын модельдеу үшін интегралдық сфераны пайдаланатын (3-суретте көрсетілгендей) және аспаптың шығаратын сандық санау (DN мәні) мәнін беру теңдеуі арқылы сәулелену ағынының физикалық мөлшеріне түрлендіретін абсолютті радиометриялық калибрлеу. Бұл процесс кезінде сандық сигналдан физикалық шамаға дейін толық бақылауға қол жеткізу үшін қараңғы токтың ығысуын, линзаның көру өрісінің әлсіреуін және күшейту коэффициентін түзету қажет.

2-сурет. Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics CAS Aerospace Science and Technology Group Co.,LTD компаниясының белгілі бір моделін салыстырмалы калибрлеуге дейін және кейін салыстыру.

3-сурет. Zhongke Xiguang белгілі бір моделі үшін абсолютті калибрлеу схемасының схемалық диаграммасы.

Далалық калибрлеу - бұл идеалды зертханалық ортаны нақты орбиталық сценариймен байланыстыратын жергілікті тексеру қадамы. Нақты сыртқы атмосфералық ортада зертханада орнатылған радиациялық және спектрлік картаға түсіру моделі жер үсті стандартты көзді пайдаланып, жерсеріктің орбиталық бақылау жағдайларын модельдеу арқылы тексеріледі және жетілдіріледі. Оның техникалық құндылығы үш аспектіде көрінеді: біріншіден, ол атмосфералық шашыраңқылық пен сіңіру сияқты қоршаған орта факторларын түзету механизмдерін қамтиды, өлшеу дәлдігін одан әрі оңтайландырады және жерсерік ұшырылғаннан кейін бірден орбиталық бақылаудың тұрақты мүмкіндіктерін қамтамасыз етеді; екіншіден, ол аспап пен жерсерік платформасының интеграцияланған жауап сипаттамаларын тексереді, платформа дірілі мен орнату қателерінің деректер сапасына әсерін болдырмайды және көп жолақты деректердің бірізді бірігуін қолдайды; үшіншіден, ол аспаптың нақты ортадағы өнімділік ауытқуларын және ықтимал мәселелерін алдын ала анықтайды, бастапқы ұшыру кезеңіндегі қателік тәуекелдерін азайтады және қашықтықтан зондтау жүйесі үшін жұмысқа дейінгі кепілдік береді.

Зертханалық калибрлеу және далалық калибрлеу бірге «эталондық белгілеу - далалық тексеру» дәлдікті толық қамтамасыз ету тізбегін құрайды: біріншісі құралдың ішкі ауытқуларын жояды және жоғары дәлдіктегі бақылау үшін берік негіз қалайды, ал екіншісі идеалды орта мен нақты кеңістіктік сценарий арасындағы айырмашылықтарды өтейді және дәлдік эталонының қолданылуын қамтамасыз етеді. Бұл бірлескен механизм қашықтықтан зондтау деректерін «сандық сигналдардан» «сандық радиометриялық ақпаратқа» түрлендіру үшін сенімді негізді қамтамасыз етеді, қашықтықтан зондтау деректерін сандық түрлендіруді жүзеге асырады.