Công nghệ hiệu chỉnh khí quyển chủ chốt dựa trên dữ liệu siêu phổ từ vệ tinh Xiguang-1 05 (Tianxianpeihao) – Mô hình MODTRAN

Giới thiệu bối cảnh

Trong lĩnh vực viễn thám định lượng, chìa khóa để thu thập chính xác các đặc tính bức xạ thực của các vật thể trên mặt đất nằm ở việc loại bỏ ảnh hưởng của bức xạ đường truyền trong khí quyển. Các phương pháp hiệu chỉnh khí quyển dựa trên mô hình MODTRAN, bằng cách xây dựng một mô hình cơ chế truyền bức xạ chính xác, thực hiện các phép tính nghịch đảo trên độ sáng tổng hợp nhận được tại cửa vào của cảm biến, từ đó loại bỏ sự nhiễu từ sự hấp thụ và tán xạ của khí quyển. Đây là một bước cốt lõi không thể thiếu để thu được các thông số vật lý chính xác của các vật thể trên mặt đất. Nghiên cứu trường hợp này sử dụng dữ liệu hiệu chuẩn từ vệ tinh Xiguang-105 (Tianxianpei) nhận được vào ngày 23 tháng 9 tại bãi hiệu chuẩn Dunhuang, tỉnh Cam Túc để thu thập độ sáng cửa vào.

Phương pháp và nguyên tắc

Bảng 1. Các thông số tải trọng của vệ tinh Xiguang-1 05 (Tianxianpei)

Mô hình MODTRAN được tích hợp trong phần mềm PcModWin. Phần mềm này sử dụng giao diện người dùng đồ họa để gói gọn các thông số hình học phức tạp về khí quyển, sol khí và quan sát vào các mô-đun đầu vào tiêu chuẩn. Ý tưởng cốt lõi của nó là mô phỏng sự truyền sóng điện từ từ mặt trời đến bề mặt Trái đất và sau đó đến cảm biến bằng cách thiết lập một mô hình vật lý về truyền bức xạ khí quyển, từ đó tính toán chính xác độ sáng tổng hợp đến cửa vào của cảm biến. Phương trình truyền bức xạ khí quyển cốt lõi của mô hình là:

Trong công thức, I biểu thị độ sáng, S là hàm nguồn, τ là độ sâu quang học và μ là cosin hướng, tất cả đều được tính toán từ các thông số hình học khí quyển, sol khí và quan sát. Công thức để tính độ sáng của đồng tử đầu vào như sau:

Trong công thức ε_SGọi B(λ,T) là hệ số phát xạ bề mặt._S) biểu thị bức xạ vật đen, T_Sρ là nhiệt độ bề mặt, T là độ truyền dẫn, và ρ là nhiệt độ bề mặt._SE biểu thị hệ số phản xạ bề mặt._{mặt trời}(λ) biểu thị cường độ bức xạ mặt trời.

Kết quả của giao diện đảo ngược độ sáng của đồng tử đầu vào của PcModWin được thể hiện trong hình sau:

Hình 1 Giao diện đảo ngược mô hình PcModWin

Hiển thị kết quả

Kết quả đảo ngược của bức xạ đồng tử đầu vào được thể hiện trong Hình 2. Đường cong bức xạ đồng tử đầu vào đã được đảo ngược được lấy mẫu lại theo dải tần của vệ tinh Xiguang-1 05 (Thiên Tiên Bắc) như thể hiện trong Hình 3.

Hình 2 So sánh giữa đường cong bức xạ đảo ngược và đường cong giá trị DN tại điểm thử nghiệm

Hình 3. Kết quả sau khi lấy mẫu lại độ sáng

Mối quan hệ tuyến tính giữa độ sáng của đồng tử cửa vào sau khi lấy mẫu lại và giá trị DN tại điểm thử nghiệm đã được tính toán, và các hệ số hiệu chuẩn được thể hiện trong hình dưới đây:

Hình 4. Kết quả tính toán hệ số hiệu chuẩn tuyệt đối

Phân tích kết quả đảo ngược bức xạ và kết quả tính toán hệ số hiệu chuẩn tuyệt đối cho thấy kết quả đảo ngược bức xạ có xu hướng tương tự như đường cong DN của điểm thử nghiệm, và vẫn giữ nguyên đặc điểm tương tự như đường cong DN của điểm thử nghiệm tại các vị trí quan trọng như đường hấp thụ hơi nước. Hệ số hiệu chuẩn tuyệt đối cũng thể hiện đặc điểm tương tự tại cùng các vị trí đó.