Ключевая технология атмосферной коррекции на основе гиперспектральных данных со спутника Xiguang-1 05 (Tianxianpeihao) – модель MODTRAN.

Введение

В области количественного дистанционного зондирования ключ к точному определению истинных радиационных характеристик наземных объектов заключается в устранении влияния атмосферного излучения. Методы атмосферной коррекции, основанные на модели MODTRAN, путем построения точной модели механизма переноса излучения, выполняют обратные вычисления на основе суммарного излучения, принимаемого на входном зрачке датчика, тем самым устраняя помехи от атмосферного поглощения и рассеяния. Это незаменимый ключевой шаг для получения точных физических параметров наземных объектов. В данном исследовании используются калибровочные данные со спутника Xiguang-105 (Tianxianpei), полученные 23 сентября на калибровочном поле Дуньхуан в провинции Ганьсу, для определения излучения на входном зрачке.

Методы и принципы

Таблица 1. Параметры полезной нагрузки спутника Xiguang-1 05 (Тяньсяньпэй)

Модель MODTRAN встроена в программное обеспечение PcModWin. Программа использует графический пользовательский интерфейс для инкапсуляции сложных атмосферных, аэрозольных и наблюдательных геометрических параметров в стандартизированные входные модули. Ее основная идея заключается в моделировании передачи электромагнитных волн от Солнца к поверхности Земли, а затем к датчику путем создания физической модели атмосферного переноса излучения, что позволяет точно рассчитать суммарную яркость, достигающую входного зрачка датчика. Основное уравнение атмосферного переноса излучения в модели выглядит следующим образом:

В формуле I обозначает яркость, S — функцию источника, τ — оптическую толщину, а μ — направляющий косинус, все значения рассчитываются на основе параметров атмосферы, аэрозолей и геометрии наблюдения. Формула для расчета яркости входного зрачка выглядит следующим образом:

В формуле ε_сПусть B(λ,T) — коэффициент излучения поверхности._с) обозначает излучение черного тела, Т_сρ — температура поверхности, T — коэффициент пропускания, а ρ — температура поверхности._сE обозначает коэффициент отражения поверхности._солнце(λ) обозначает солнечное излучение.

Результат работы интерфейса инверсии яркости входного зрачка в PcModWin показан на следующем рисунке:

Рисунок 1. Интерфейс инверсии модели PcModWin.

Отображение результатов

Результаты инверсии яркости входного зрачка показаны на рисунке 2. Инвертированная кривая яркости входного зрачка была передискретизирована в диапазон спутника Xiguang-1 05 (Тяньсяньпэй), как показано на рисунке 3.

Рисунок 2. Сравнение инвертированной кривой яркости и кривой значения DN в точке измерения.

Рисунок 3. Результаты после передискретизации яркости.

Была рассчитана линейная зависимость между яркостью входного зрачка после передискретизации и значением DN в контрольной точке, а калибровочные коэффициенты показаны на рисунке ниже:

Рисунок 4. Результаты расчета абсолютных калибровочных коэффициентов.

Анализ результатов инверсии излучения и результатов расчета абсолютных калибровочных коэффициентов показывает, что результаты инверсии излучения имеют ту же тенденцию, что и кривая DN в контрольной точке, и остаются такими же, как кривая DN в контрольной точке, в важных точках, таких как линия поглощения водяного пара. Абсолютные калибровочные коэффициенты также демонстрируют те же характеристики в тех же положениях.