基于西光壹号05星（天仙配号）高光谱数据的大气校正关键技术——MODTRAN模型

背景介绍

在定量遥感领域，精确反演地物真实辐射特性的关键在于消除大气路径辐射的影响。基于MODTRAN模型的大气校正方法，通过构建精确的辐射传输机理模型，对传感器入瞳处接收到的综合辐亮度进行逆向运算，从而剥离大气吸收与散射的干扰，是获取地物精准物理参数不可或缺的核心环节。本案例使用西光壹号05星（天仙配号）9月23日于甘肃敦煌定标场的定标数据进行入瞳辐亮度反演。

方法和原理

表1 西光壹号05星（天仙配号）载荷参数表

MODTRAN模型内嵌于PcModWin软件，软件内通过图形化交互界面将复杂的大气参数、气溶胶参数及观测几何参数封装为标准化输入模块，其核心思想是通过建立大气辐射传输的物理模型，模拟电磁波从太阳至地表再至传感器的传输过程，从而精确计算抵达传感器入瞳处的综合辐亮度。模型核心大气辐射传输方程为：

式中I为辐射强度，S为源函数，τ为光学深度，μ为方向余弦，均由大气、气溶胶与观测几何等参数计算得到。入瞳辐亮度计算公式则如下：

式中ε_s为地表发射率，B(λ,T_s)为黑体辐射，T_s为地表温度，T为透射率，ρ_s为地表反射率，E_sun(λ)为太阳辐照。

PcModWin的入瞳辐亮度反演界面结果下图所示：

图1 PcModWin模型反演界面

结果展示

入瞳辐亮度反演结果如图2所示，将反演入瞳辐亮度曲线重采样至西光壹号05星（天仙配号）波段如图3：

图2 反演辐亮度曲线与测试点DN值曲线对比

图3 反演辐亮度重采样后结果

计算重采样后入瞳辐亮度与测试点DN值间线性关系，得到定标系数如下图所示：

图4 绝对定标系数计算结果

分析辐亮度反演结果及绝对定标系数计算结果，辐亮度反演结果与测试点DN曲线具有相同趋势，且在水汽吸收线等重要特征处与测试点DN曲线保持相同，绝对定标系数也同样在相同位置处展示特征。