การสอบเทียบข้ามวงโคจรโดยใช้ดาวเทียมไฮเปอร์สเปกตรัม Xiguang-1 01 และ Xiguang-1 05 (Tianxianpei)

บทนำหลักการ

การสอบเทียบแบบไขว้ (Cross-calibration) ใช้เซนเซอร์ที่มีความแม่นยำในการสอบเทียบสูงกว่าเป็นตัวอ้างอิงในการสอบเทียบเซนเซอร์ที่จะทำการสอบเทียบ หลักการคือการเลือกคู่ภาพที่ซิงโครนัสหรือใกล้เคียงซิงโครนัสที่ถ่ายภาพเป้าหมายเดียวกัน และจากการวิเคราะห์การจับคู่ของการตอบสนองทางสเปกตรัม เรขาคณิตการสังเกต และพารามิเตอร์ของบรรยากาศของเซนเซอร์ทั้งสอง จะสร้างความสัมพันธ์ระหว่างค่าการนับดิจิทัล (Digital Count: DN) ของภาพเซนเซอร์ทั้งสอง จากนั้นจึงคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การสอบเทียบของเซนเซอร์ที่จะทำการสอบเทียบโดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์การสอบเทียบทางรังสีวิทยาที่ทราบของเซนเซอร์อ้างอิง โดยทั่วไป ค่า DN ของเซนเซอร์ระยะไกลของดาวเทียมจะมีความสัมพันธ์เชิงเส้นกับค่าความสว่างของรูรับแสง (ความสว่างปรากฏ, Top-of-Atmosphere Radiance, TOA): L = gain·DN + offset โดยที่ gain และ offset คือค่า gain และค่า intercept ของค่าสัมประสิทธิ์การสอบเทียบตามลำดับ L แทนค่าความสว่างของรูรับแสงของเซนเซอร์ และ DN แทนค่าการนับดิจิทัลของภาพ

ข้อมูล

 

	นิชิโกะ หมายเลข 1 01 ดาว	นิชิโกะ หมายเลข 1 5 ดาว (เหมาะสมอย่างยิ่ง)
พิมพ์	ข้อมูลอ้างอิง	ข้อมูลที่ต้องปรับเทียบ
ช่วงความยาวคลื่น (นาโนเมตร)	441-854	431-853
จำนวนวงดนตรี	150	72
FWHM (นาโนเมตร)	1.945	9.16
จีเอสดี (ม)	40	40
ระดับความสูงวงโคจร (กม.)	484	492
ความกว้าง (กม.) (@500กม.)	80	80

กระบวนการ

1. การเลือกภาพ

มีการกำหนดข้อจำกัดโดยพิจารณาจากขอบเขตพื้นที่ เวลาในการถ่ายภาพ และมุมการสังเกต โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ระยะห่างของจุดศูนย์กลางของแต่ละภาพต้องอยู่ภายใน 50 กิโลเมตร เพื่อให้แน่ใจว่ามีพื้นที่ทับซ้อนกันมาก สำหรับความแตกต่างของเวลาในการถ่ายภาพภายในหนึ่งวัน ความแตกต่างของมุมการสังเกตต้องน้อยกว่า 2 องศา

2. การเลือกภูมิภาค

ตัวอย่างพื้นที่ตัวอย่างของดาวเทียม Xiguang-1 01

ตัวอย่างพื้นที่ตัวอย่างสำหรับดาวเทียม Xiguang-1 05 (Tianxianpeihao)

ตัวอย่างเส้นโค้งความสว่างเฉลี่ยของพื้นที่ตัวอย่างของดาวเทียม Xiguang-1 01

ตัวอย่างกราฟค่าเฉลี่ย DN ของพื้นที่ตัวอย่างของดาวเทียมซีกวง-1 05 (เทียนเซียนเป่ยห่าว)

พื้นที่ผิวเรียบสม่ำเสมอทางตะวันออกของแอ่งไฉ่ตัมถูกเลือกเป็นพื้นที่เป้าหมายสำหรับการสอบเทียบ โดยได้เลือกชุดข้อมูลทั้งหมด 16 ชุด ในแต่ละชุดข้อมูล ได้เลือกภูมิภาคเดียวกันเป็นตัวอย่างจากข้อมูลของดาวเทียม Xiguang-1 01 และ Xiguang-1 05 (ดาวเทียม "เทียนเซียนเป่ย")

3. การแก้ไขสเปกตรัมของดาวเทียม Xiguang-1 01

ดาวเทียม Xiguang-1 01 ได้รับการแก้ไขสเปกตรัมโดยใช้ช่วงการดูดกลืนออกซิเจนที่ 760 นาโนเมตร เพื่อแก้ไขตำแหน่งความยาวคลื่นศูนย์กลางสำหรับการสุ่มตัวอย่างสเปกตรัมใหม่และการคำนวณปัจจัยการจับคู่สเปกตรัม (SMF) ในภายหลัง

4. การแก้ไขการแผ่รังสีของดาวเทียม Xiguang-1 01

ทำการแก้ไขค่าความสว่างโดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์การสอบเทียบของพื้นที่เพื่อหาค่าความสว่างปรากฏสำหรับพื้นที่ตัวอย่าง และคำนวณค่าความสว่างเฉลี่ยภายในพื้นที่สำหรับแต่ละตัวอย่าง

5. การแก้ไขกระแสไฟฟ้ามืดสำหรับดาวเทียม Xiguang-1 05 (ดาวเทียมที่มีตำแหน่งตรงกับดวงดาว)

กระแสไฟฟ้ามืดถูกคำนวณโดยใช้ภาพถ่ายกลางคืนของพื้นที่ทะเลทรายที่ถ่ายโดยดาวเทียม Xiguang-1 05 (Tianxianpei) กระแสไฟฟ้ามืดถูกคำนวณทีละแถบคลื่นเพื่อแก้ไขภาพต้นฉบับและได้ค่า DN ที่แก้ไขแล้วของพื้นที่ตัวอย่าง จากนั้นจึงคำนวณค่า DN เฉลี่ยของแต่ละพื้นที่ตัวอย่าง

6. การปรับค่าความสว่างของความยาวคลื่นศูนย์กลางของดาวเทียม Xiguang-1 01 ให้ตรงกับดาวเทียม Xiguang-1 05 (ตรงกันอย่างสมบูรณ์)

ทั้งข้อมูลอ้างอิงและข้อมูลที่จะแก้ไขเป็นข้อมูลไฮเปอร์สเปกตรัม และฟังก์ชันการตอบสนองสเปกตรัม (SRF) ของทั้งสองข้อมูลเป็นแบบเกาส์เซียน แต่ความกว้างเต็มที่ที่ครึ่งค่าสูงสุด (FWHM) ของทั้งสองข้อมูลแตกต่างกันอย่างมาก ซึ่งอาจนำไปสู่ความคลาดเคลื่อนทางรังสีวิทยา โดยเฉพาะในแถบคลื่นที่มีลักษณะสเปกตรัมเด่นชัด (เช่น แถบการดูดกลืนแสง) ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการสุ่มตัวอย่างสเปกตรัมใหม่และการแก้ไขปัจจัยการจับคู่สเปกตรัมเพื่อชดเชยความคลาดเคลื่อนของ FWHM

SRF และการสุ่มตัวอย่างสเปกตรัมใหม่: ใช้การแปลงแบบเกาส์เซียนเพื่อจำลอง SRF ที่ความยาวคลื่น 9.16 นาโนเมตรของดาวเทียม Xiguang-1 05 (หรือที่รู้จักกันในชื่อ Xiguang-1-05) โดยใช้ข้อมูล 1.945 นาโนเมตรจากดาวเทียม Xiguang-1 01 เพื่อลดการสูญเสียรายละเอียดสเปกตรัม นอกจากนี้ยังใช้การประมาณค่าแบบลูกบาศก์เพื่อจับคู่ความยาวคลื่นศูนย์กลางของดาวเทียม Xiguang-1 05 (หรือที่รู้จักกันในชื่อ Xiguang-1-05) จากนั้นจึงทำการหา SRF ของดาวเทียมทั้งสองดวง และเลือกสเปกตรัมวัตถุภาคพื้นดินมาตรฐานที่แตกต่างกัน ใช้แบบจำลองการถ่ายโอนรังสีเพื่อทำการจำลอง TOA เพื่อคำนวณ SMF และแก้ไขความคลาดเคลื่อนของรังสี

7. การจับคู่ความกระจ่างใสที่ชัดเจนของดาวเทียม Xiguang-1 01 และดาวเทียม Xiguang-1 05 (Tianxianpei) ค่า DN ​​

ตารางสถิติความสว่างปรากฏ

ตารางสถิติค่า DN

โดยใช้ข้อมูล TOA ที่แก้ไขด้วย SMF จากดาวเทียม Xiguang-1 01 และข้อมูลค่า DN จากดาวเทียม Xiguang-1 05 (หรือที่รู้จักกันในชื่อ Tianxianpei) เป็นตัวแปรตามและตัวแปรอิสระสำหรับการปรับแบบเชิงเส้น ทำการปรับแบบเชิงเส้น และหาค่าเกนและไบแอสทีละแบนด์ รวมทั้งหมด 120 ตัวอย่าง จากนั้นคำนวณค่าเฉลี่ยของเกนและไบแอสของทุกตัวอย่างสำหรับแต่ละแบนด์ เพื่อให้ได้ค่าเกนและไบแอสสุดท้ายสำหรับแบนด์นั้น

การตรวจสอบค่าสัมประสิทธิ์มาตราส่วน

ค่าสัมประสิทธิ์การสอบเทียบของดาวเทียม Xiguang-1 05 (Tianxianpeihao) ถูกปรับให้เหมาะสมเพื่อทำการแก้ไขทางรังสีและบรรยากาศ และเปรียบเทียบกับค่า TOA และค่าการสะท้อนแสงพื้นผิวของดาวเทียม Xiguang-1 01 เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของค่าสัมประสิทธิ์การสอบเทียบ

การเปรียบเทียบค่าความสว่างระหว่างดาวเทียม Xiguang-1 01 และ Xiguang-1 05 (ดาวเทียม "Tianxianpei") ในหน่วย W/m²/sr/μm

การเปรียบเทียบค่าการสะท้อนแสงระหว่างดาวเทียม Xiguang-1 01 และ Xiguang-1 05 (ตรงกันอย่างสมบูรณ์) (ขยาย 10,000 เท่า)

เมื่อเปรียบเทียบกับดาวเทียม Xiguang-1 01 พบว่าค่าความสว่างปรากฏและค่าการสะท้อนแสงพื้นผิวมีแนวโน้มไปในทิศทางเดียวกัน ซึ่งบ่งชี้ว่าค่าสัมประสิทธิ์การสอบเทียบหลังจากการสอบเทียบข้ามระบบมีความเป็นไปได้สูง

ตัวอย่างภาพผลลัพธ์การสอบเทียบไขว้

ภาพถ่ายดาวเทียมซีกวง-105 (หรือที่รู้จักกันในชื่อเทียนเซียนเป่ย) ใกล้เมืองจิตตะกง ประเทศบังกลาเทศ (15 มกราคม 2025)

กราฟแสดงค่าการแผ่รังสีของลักษณะภูมิประเทศต่างๆ ในหน่วย W/m²/sr/μm

เส้นโค้งการสะท้อนแสงของลักษณะภูมิประเทศต่างๆ

ภาพถ่ายเกาะคอร์ซิกา ประเทศฝรั่งเศส จากดาวเทียมซีกวง-1 05 (หรือที่รู้จักกันในชื่อดาวเทียม "Heavenly Match") (15 กรกฎาคม 2025)

แผนภาพแสดงจุดเก็บตัวอย่างน้ำทะเลที่ระดับความลึกต่างๆ

แผนภาพแสดงจุดเก็บตัวอย่างน้ำทะเลที่ระดับความลึกต่างๆ

กราฟแสดงค่าการแผ่รังสีของมหาสมุทรที่ระดับความลึกต่างๆ ในหน่วย W/m²/sr/μm ตัวเลขที่เพิ่มขึ้นแสดงถึงความลึกที่เพิ่มขึ้น

กราฟแสดงค่าการสะท้อนแสงของมหาสมุทรที่ระดับความลึกต่างๆ

เส้นโค้งการสะท้อนแสงของลักษณะภูมิประเทศต่างๆ