一种星载偏振扫描遥感器数据预校正方法与装置

1.本发明涉及空间光学遥感数据处理技术，具体涉及一种针对星载偏振扫描遥感器的数据预校正方法与装置。


背景技术：

2.在卫星光学遥感中，相较于强度(标量)观测，偏振探测对大气气溶胶微物理和光学特性更为敏感，且对地表偏振贡献相对不敏感，因此可以通过偏振探测方式实现对大气气溶胶综合参数的高精度探测，目前偏振遥感已成为国际上的研究热点。星载偏振遥感器作为有效光学载荷搭载在卫星上工作，能够使用例如光电探测器件实现对地观测，基于观测数据可以反演例如大气光学及气溶胶微物理等参数，可以用于大气校正及环境监测等方面。
3.传统的星载光学遥感器的观测数据在使用前需要进行包括辐射校正、几何校正等在内的各种校正。此外，在进行这些校正的数据处理流程之前，还需要针对遥感器星地条件差异、星上条件变化等可能引起的数据处理误差的情况，在数据预校正过程中进行数据失真或误差校正，从而达到提高遥感器测量精度的目的。这一数据预校正过程，是空间光学遥感器数据处理的重要一环，对最终数据产品质量和应用效果有重要影响。
4.2020年9月27日我国成功发射的环境减灾二号a、b(hj-2a/b)卫星上搭载了一种新型偏振扫描遥感器psac(偏振扫描大气校正仪，polarized scanning atmospheric corrector，或称posp(particulate observing scanning polarimeter，高精度偏振扫描仪))，是目前全球首颗成功在轨运行的该类型遥感器。在这一新型的星载偏振扫描遥感器(下面有时简称为“psac”，或仅称作“遥感器”)中，为了针对更苛刻的应用条件和目标，使用了直流恢复环电路(参见专利文献1)来实现本底抑制，同时还配置了专门的暗参考定标器来采集本底观测数据。
5.然而，现有的星载光学遥感器的观测数据的预校正方法并不能良好地应用于上述的新型遥感器，无法根据其性能要求和实际特性进行精细化的数据预校正。
6.现有技术文献
7.专利文献1：cn 108363445 b


技术实现要素：

8.发明要解决的技术问题
9.上述的psac使用了直流恢复环电路来实现本底抑制。然而，由于空间应用条件下直流恢复环电路中器件的老化、空间辐射及温度影响等导致的器件参数变化等，仍存在导致本底出现漂移的可能，因此进行漂移校正是必要的。而采用传统本底抑制技术(交流耦合和直流恢复)要么从原理上不具备本底漂移校正条件(需要具备本底漂移校正系数测量能力，在轨条件下需要专门工作模式进行测量)，要么则忽略掉该项潜在漂移影响。
10.同时，上述的psac中配置了专门的暗参考定标器。该暗参考定标器可认为是在一
定波长范围内没有光发出的零辐射源，对于psac能够探测的波段来说，这样的暗参考定标器能够用于提供零辐射或辐射影响可忽略。使用该暗参考定标器的一个显著特点是每次扫描观测暗参考在时间上分成三段，在中间段执行直流恢复以消除本底并实现零辐射基准建立，在直流恢复之前和之后均进行暗参考定标器采集并作为有效本底观测数据，直流恢复期间的数据不作为有效的本底测量数据。然而，如果本底仍存在漂移，其结果是对地观测前后的本底数据会有差异，该特点也决定了在本底计算和校正前需要先进行本底漂移校正。
11.此外，psac能够探测从近紫外到短波红外共九个波段，其中近紫外到近红外波段通常使用si光电二极管探测器，而短波红外波段由于超出了si传感器的工作波段，故多使用ingaas光电二极管等红外探测器。这种短波红外波段探测器的工作温度在发射前(测试过程)和发射后(在轨工作)存在差异是个特异性问题，主要原因在于，在地面实现与星上一致的工作温度条件需要承担较高的成本和安全风险(需要外置制冷设备，连接探测器的导热热沉温度低于环境温度可能发生空气中水汽冷凝的安全风险)。因此，对于这样的短波红外段探测器在轨工作的观测数据需要实施温度校正。
12.然而，现有的星载光学遥感器的观测数据的预校正方法没有涉及到上述任一问题，不能良好地应用于psac这一新型的星载偏振扫描遥感器。
13.本发明鉴于上述问题而作出，其目的在于提供一种星载偏振扫描遥感器数据预校正方法与装置，能够对配置有抑制电路进行本底和漂移抑制、并且/或者配置有暗参考定标器来建立零辐射基准、并且/或者设置有短波红外波段探测器的星载偏振扫描遥感器的探测数据进行数据预校正，能够解决至少一个上述问题，按照该星载偏振扫描遥感器的性能要求和实际特性进行精细化的数据预校正。
14.解决问题的技术手段
15.为解决上述问题，本发明提供一种星载偏振扫描遥感器的数据预校正方法，其特征在于，所述星载偏振扫描遥感器利用扫描镜周期性扫描来改变观测的角度范围，同时利用多个探测器同时获取等角度间隔下的多波段、多偏振通道的数据，其中，所述星载偏振扫描遥感器设置有具有直流恢复功能的抑制电路进行探测器的本底和漂移抑制，所述数据预校正方法包括：数据提取步骤，从所述星载偏振扫描遥感器提取经过所述抑制电路后得到的各采样点的所有波段及其相应偏振通道的原始数据；和本底漂移校正步骤，对各采样点的所述原始数据使用本底漂移校正系数进行本底漂移校正，在所述本底漂移校正步骤中，校正在所述扫描镜的一个扫描周期的直流恢复到下一个扫描周期的直流恢复之间的本底保持时间段内，因所述抑制电路受器件老化或空间环境影响而产生的直流恢复基准点的漂移。
16.于是，采用本发明的数据预校正方法，由于能够校正因抑制电路引起的直流恢复基准点的漂移，所以能够按照星载偏振扫描遥感器的性能要求和实际特性进行精细化的数据预校正。
17.此外，本发明还提供一种星载偏振扫描遥感器的数据预校正方法，其特征在于，所述星载偏振扫描遥感器利用扫描镜周期性扫描来改变观测的角度范围，同时利用多个探测器同时获取等角度间隔下的多波段、多偏振通道的数据，其中，所述星载偏振扫描遥感器在所述扫描镜的各扫描周期内的特定角度范围内观测暗参考定标器，在观测所述暗参考定标器的期间依次执行本底测量、直流恢复和本底测量，所述数据预校正方法包括：数据提取步
骤，从所述星载偏振扫描遥感器提取各采样点的所有波段及其相应偏振通道的原始数据；和本底校正步骤，对各采样点的所述原始数据，减去该采样点所在的扫描周期的本底均值来进行本底校正，在所述本底校正步骤中，对于所述原始数据，按每个所述扫描周期使用其中的所述暗参考定标器的观测数据中的对地观测前本底数据和对地观测后本底数据取平均值，来得到各所述扫描周期的所述本底均值。
18.于是，采用本发明的数据预校正方法，由于能够校正对地观测前后的本底数据的差异，所以能够按照星载偏振扫描遥感器的性能要求和实际特性进行精细化的数据预校正。
19.此外，本发明还提供一种星载偏振扫描遥感器的数据预校正方法，其特征在于，所述星载偏振扫描遥感器利用扫描镜周期性扫描来改变观测的角度范围，同时利用多个探测器同时获取等角度间隔下的多波段、多偏振通道的数据，其中，所述多个探测器包括短波红外波段探测器，所述数据预校正方法包括：数据提取步骤，从所述星载偏振扫描遥感器提取各采样点的所有波段及其相应偏振通道的原始数据；和温度校正步骤，其中，获取所述短波红外波段探测器的在轨工作温度，基于所述在轨工作温度和所述短波红外波段探测器在不同工作温度下的响应率，对各采样点的所述原始数据中的所述短波红外波段探测器探测到的数据进行温度校正。
20.于是，采用本发明的数据预校正方法，由于能够对短波红外段探测器的观测数据进行温度校正，所以能够按照星载偏振扫描遥感器的性能要求和实际特性进行精细化的数据预校正。
21.此外，本发明还提供一种星载偏振扫描遥感器的数据预校正装置，其特征在于，所述星载偏振扫描遥感器利用扫描镜周期性扫描来改变观测的角度范围，同时利用多个探测器同时获取等角度间隔下的多波段、多偏振通道的数据，其中，所述星载偏振扫描遥感器设置有具有直流恢复功能的抑制电路进行探测器的本底和漂移抑制，所述数据预校正模块包括：数据提取模块，其从所述星载偏振扫描遥感器提取各采样点的所有波段及其相应偏振通道的原始数据；和本底漂移校正模块，其对各采样点的所述原始数据使用本底漂移校正系数进行本底漂移校正，在所述本底漂移校正模块中，校正在所述扫描镜的一个扫描周期的直流恢复到下一个扫描周期的直流恢复之间的本底保持时间段内，因所述抑制电路受器件老化或空间环境影响而产生的直流恢复基准点的漂移。
22.于是，采用本发明的数据预校正装置，由于能够校正因抑制电路引起的直流恢复基准点的漂移，所以能够按照星载偏振扫描遥感器的性能要求和实际特性进行精细化的数据预校正。
23.此外，本发明还提供一种星载偏振扫描遥感器的数据预校正装置，其特征在于，所述星载偏振扫描遥感器利用扫描镜周期性扫描来改变观测的角度范围，同时利用多个探测器同时获取等角度间隔下的多波段、多偏振通道的数据，其中，所述星载偏振扫描遥感器在所述扫描镜的各扫描周期内的部分角度范围观测暗参考定标器，在观测所述暗参考定标器的期间依次执行本底测量、直流恢复和本底测量，所述数据预校正装置包括：数据提取模块，从所述星载偏振扫描遥感器提取各采样点的所有波段及其相应偏振通道的原始数据；和本底校正模块，对各采样点的所述原始数据，减去该采样点所在的扫描周期的本底均值来进行本底校正，在所述本底校正模块中，对于所述原始数据，按每个所述扫描周期使用其
中的所述暗参考定标器的观测数据中的对地观测前本底数据和对地观测后本底数据取平均值，来得到各所述扫描周期的所述本底均值。
24.于是，采用本发明的数据预校正装置，由于能够校正对地观测前后的本底数据的差异，所以能够按照星载偏振扫描遥感器的性能要求和实际特性进行精细化的数据预校正。
25.此外，本发明还提供一种星载偏振扫描遥感器的数据预校正装置，其特征在于，所述星载偏振扫描遥感器利用扫描镜周期性扫描来改变观测的角度范围，同时利用多个探测器同时获取等角度间隔下的多波段、多偏振通道的数据，其中，所述多个探测器包括短波红外波段探测器，所述数据预校正装置包括：数据提取模块，从所述星载偏振扫描遥感器提取各采样点的所有波段及其相应偏振通道的原始数据；和温度校正模块，其获取所述短波红外波段探测器的在轨工作温度，基于所述在轨工作温度和所述短波红外波段探测器在不同工作温度下的响应率，对各采样点的所述原始数据中的所述短波红外波段探测器探测到的数据进行温度校正。
26.于是，采用本发明的数据预校正装置，由于能够对短波红外段探测器的观测数据进行温度校正，所以能够按照星载偏振扫描遥感器的性能要求和实际特性进行精细化的数据预校正。
27.发明效果
28.采用本发明能够提供一种星载偏振扫描遥感器数据预校正方法与装置，能够对配置有抑制电路进行本底和漂移抑制、并且/或者配置有暗参考定标器来建立零辐射基准、并且/或者设置有短波红外波段探测器的新型的星载偏振扫描遥感器的探测数据进行数据预校正。
29.具体地，通过对待校正的探测数据依次进行本底漂移校正、本底校正和短波红外探测器的温度校正等精细化校正，能够保证该遥感器的数据质量。并且，通过在轨测试，可实现对本底漂移校正和本底校正的相关校正系数的更新，从而在该遥感器寿命周期内都能够提供较为准确的数据校正，进而达到保证该遥感器产品质量和最终应用效果的目的。
附图说明
30.图1是表示应用本发明一个实施方式的数据预校正方法的星载偏振扫描遥感器psac中的光学系统的原理示意图。
31.图2是星载偏振扫描遥感器psac扫描观测一圈的工作时序图。
32.图3是本发明一个实施方式的星载偏振扫描遥感器的数据预校正方法的流程图。
33.图4是本发明一个实施方式的星载偏振扫描遥感器的数据预校正装置的结构示意图。
34.图5是星载偏振扫描遥感器psac某通道数据未应用本发明一个实施方式的数据预校正方法的情况下的原始扫描拼接图像。
35.图6是对星载偏振扫描遥感器psac某通道数据应用了本发明一个实施方式的数据预校正方法得到的扫描拼接图像。
具体实施方式
36.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。
37.以下实施方式中，在提及要素的数字等(包括个数、数值、量、范围等)的情况下，除了特别明确说明的情况和从原理上明显限定为特定数字的情况之外，并不限定于该特定数字，可为特定数字以上或以下。本技术中，“使用
……
构成”或“由
……
构成”这样的表述仅表示了主要的构成部件，并不排除包括其他的部件。
38.另外，在以下的实施方式中，其结构要素(包括步骤要素等)除了特别明确说明的情况和从原理上明显理解为是必须的情况之外，都不一定是必须的，并且也可以包括说明书中未明确提及的要素。
39.本说明书中描述的实施方式仅为一个完整描述的示例，并不限定本发明的保护范围，基于本发明的实施方式，本领域技术人员在没有付出创造性劳动前提下能够获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
40.[实施方式]
[0041]
图1是表示应用本发明一个实施方式的数据预校正方法的星载偏振扫描遥感器psac中的光学系统(以一对光路为例)的示意图。
[0042]
星载偏振扫描遥感器psac采用分孔径和分振幅相结合的同时偏振测量方案。其中使用一对光路来实现对目标线偏振态的前三个stokes参量(i、q和u)的测量，而第四个参量v表征圆偏振光分量，其值在自然光照条件下至少比其他三个参量小两个数量级，在大气探测应用中常予忽略。
[0043]
图1以一对光路为例展示了psac光学系统原理示意图，其中光学系统100依次包括正交扫描镜组件101，并在一个光路中依次包括望远镜组件102a(望远透镜103a、视场光阑104a、准直透镜105a)、wollaston棱镜106a、分色片107a～109a、聚焦透镜110a～112a、干涉滤光片113a～115a和双元探测器116a～118a等，同时在另一个光路中依次包括对应的同类元件。图1中，对不同光路中的对应元件标注同一标记并用下标a/b加以区分，不过，在无需区分的情况下可以省略该下标来统称对应的元件。
[0044]
正交扫描镜组件101能够在驱动电机(未图示)的带动下旋转来将不同方向的光引入光路，光束在通过望远镜组件102后，经wollaston棱镜106产生两束振动方向正交的线偏振光即偏振分束，最终在不同的单元探测器上实现光电转换。
[0045]
考虑到大气参数反演和应用需求，psac配置了9个谱段，共采用3对6个独立的光路进行探测，每对光路均如图1所示，采用wollaston棱镜106进行偏振分束，并通过分色片107和滤光片113的组合、分色片108和滤光片114的组合以及分色片109和滤光片115的组合实现3个光谱波段的分光。
[0046]
例如，psac在第一对光路中探测410nm、555nm和865nm三个波段，在第二对光路中探测443nm、670nm和910nm，而在第三对光路中探测1380nm、1610nm和2250nm。作为各光路中的双元探测器116～118，前两对光路中使用蓝增强型双元硅光电二极管，而为了提高短波红外波段的信噪比和探测灵敏度，第三对光路中的探测器为内置tec制冷器的双元ingaas pin光电二极管(即短波红外波段探测器)。
[0047]
为了能够利用一对光路测量stokes参量，每一对光路彼此偏振方位相对旋转了45度。因此，psac对于所探测的每一个波段，一对光路共检测四个偏振通道，探测器输出的原
始量化数据可表示为s0、s
90
、s
45
、s
135
，其中下标数值表示各通道相对参考平面的偏振方位角。
[0048]
举例来说，假定图1所示的一对光路是上述的“第一对光路”，则探测器116(a,b)、117(a,b)和118(a,b)分别用于探测410nm、555nm和865nm三个波段，于是116a和116b这两对双元探测器探测得到的数据即为410nm波段的四个偏振通道的原始数据，而117a和117b这两对双元探测器探测得到的数据即为555nm波段的四个偏振通道的原始数据，其余以此类推。
[0049]
于是，采用该psac能够实现多个波段的同时偏振探测。
[0050]
图2是星载偏振扫描遥感器psac扫描观测一圈的工作时序图。
[0051]
为了保证psac长期在轨探测精度，psac的正交扫描镜组件101四周布置了星上定标器，包括漫射板定标器、暗参考定标器、线偏振定标器和非偏振定标器。
[0052]
漫射板定标器用于引入太阳光作为标准光源进行绝对辐射定标；暗参考定标器通过结构设计和表面处理实现光陷阱效果，用于建立零辐射基准；线偏振和非偏振定标器通过引入地球反射光并输出偏振态已知的线偏振光和非偏振光，用于星上偏振定标。这些定标器在扫描镜每转动一周都进行观测，在相应的辐射和偏振定标方法处理后即可获得定标参数。
[0053]
如上所述，暗参考定标器的作用是建立零辐射基准，目前配置这类专门暗参考的卫星遥感器比较少，但对于光学遥感器必要性较强，特别是配置短波红外及波长更长波段的遥感器。在现有技术中，作为零辐射基准还可以使用冷空间(外太空)。但利用冷空间作为零辐射基准或需要一定的整星载荷布局条件以满足冷空间观测资源需求或需要调整卫星姿态来实现直接冷空间观测，通常无法兼顾较低代价、较高频次地进行本底校正的需求。为此，psac搭载了上述暗参考定标器，能够方便地且高频次地进行本底校正(后述步骤s303)。
[0054]
如图2所示，psac的驱动电机带动正交扫描镜组件101在一平面内旋转并同时采样。令电机扫描一周角度为360
°
，以天底方向为0
°
起始，逆时针方向扫描。本实施方式中，非偏振定标器位于267
°
到273
°
，漫射板定标器位于212
°
到217
°
，暗参考定标器位于140
°
到160
°
，偏振定标器位于87
°
到93
°
，此外，33
°
到327
°
是对地观测的角度范围。此处，各定标器的种类、数量和位置以及顺序均没有特别的限制。
[0055]
psac除了图1所示的光学系统外，还包括对探测器测得的数据进行初步的信号调理，例如进行信号放大、滤波、本底抑制等的信号调理系统。探测器和信号调理系统容易受到温度和空间辐射等环境的影响，导致本底增大及漂移，影响系统动态范围和测量精度。为此，psac的信号调理系统中采用了交流耦合和直流恢复电路(即，包括抑制电路)来进行本底和漂移抑制，例如，抑制因探测器本身和前放电路等存在本底和漂移。
[0056]
具体而言，探测器信号经由前放电路通过耦合电容进入抑制电路，耦合电容与后级较高的阻抗构成高通滤波电路，较低频率的本底和漂移信号将被阻断，从而实现探测器和前放电路的本底和低频漂移抑制。这是考虑到，在探测器和前放电路的漂移机制上主要由温度和器件退化引起本地变化，不存在较高频率的漂移，因此过滤掉较低频率的漂移即可。
[0057]
本实施方式中，将通过信号调理系统输出的所有波段及其相应偏振通道的数据称作psac的“原始数据”，其是探测器输出信号经整个信号放大与调理电路(包括前述抑制电
路)后的模数转换结果。psac的驱动电机带动正交扫描镜组件101在一平面内旋转并如图2所示在多个角度范围采样，故原始数据除了对地观测数据外，还包含偏振和辐射定标器数据、暗参考数据。
[0058]
如前文所述，psac的原始数据包含因抑制电路造成的影响、因暗参考定标器造成的影响以及因短波红外段探测器的工作温度差异造成的影响。
[0059]
本发明的星载偏振扫描遥感器的数据预校正方法考虑到了这些影响，能够按照psac的性能要求和实际特性进行精细化的数据预校正。
[0060]
图3是本发明一个实施方式的星载偏振扫描遥感器的数据预校正方法的流程图。
[0061]
如图3所示，在本实施方式的数据预校正方法中，首先，在步骤s301中从星载偏振扫描遥感器psac取得原始数据，其次在步骤s302中对原始数据进行本底漂移校正，然后在步骤s303中进行本底校正，接着在步骤s304中进行短波红外探测器温度校正，最后在步骤s305中得到预校正后的偏振扫描观测数据。
[0062]
此处，数据预校正方法按照s301～s305的顺序依次执行，不过，步骤s302～s304的顺序不限定于此处说明的顺序，在执行了步骤s302之后，s303、s304的步骤可互相调换(详细后述)。而且，步骤s302～s304并不必须全部执行，只要至少执行任一个就能够在一定程度上实现适用于psac的较为精细化的数据预校正。例如，在本底漂移可忽略的情况下，可以略去步骤s302；在未利用暗参考定标器或认为观测零辐射源获得的本底数据无需校正的情况下，可以略去步骤s303；在遥感器未设置短波红外波段探测器的情况下，可以略去步骤s304。
[0063]
下面详细说明图3的各步骤。
[0064]
(1)步骤s301
[0065]
在步骤s301中，提取待校正偏振扫描遥感器原始数据。
[0066]
具体地，提取待校正的psac的所有波段及其相应偏振通道的原始数据，其中除了对地观测数据外，还包含偏振和辐射定标器数据、暗参考数据。更具体而言，是psac利用扫描镜周期性扫描来改变观测的角度范围，并利用多个探测器同时获取的等角度间隔下的多波段、多偏振通道的数据。
[0067]
可以根据需要进行数据校验和完整性核验。
[0068]
(2)步骤s302
[0069]
在步骤s302中，根据卫星发射前实验室或入轨后获取的本底漂移系数进行本底漂移校正，计算遥感器每个扫描周期内各采样点的漂移校正后数据。
[0070]
具体地，如上所述，psac的信号调理系统中使用了抑制电路来抑制例如因探测器本身和前放电路等存在的本底和漂移。
[0071]
然而，抑制电路本身同样受到空间环境影响，也存在一定程度的本底漂移可能，并随着遥感器在轨寿命的增加而增大，因此需要进行在轨本底漂移校正，用于校正因抑制电路本身产生的漂移。具体而言，在两次直流恢复之间的本底保持时间段(例如参照图2来看，直流恢复是在暗参考探测期间执行的，此处所说的本底保持时间段即是某一周进行直流恢复后，到达下一周的直流恢复为止的时间段)内，如果由于受到器件老化或空间环境影响导致本底漂移，不予校正将会导致数据误差，影响遥感器数据精度。即，步骤s302所针对的是，抑制电路中因器件老化、温度和空间辐射等引起与直流恢复基准点直接连接的器件参数变
化，导致在每个直流恢复周期内发生的直流恢复基准点的漂移。
[0072]
步骤s302中利用预先测得的或随时更新的本底漂移校正系数dcr进行本底漂移校正，本底漂移校正表达式如下：
[0073][0074]
其中，w
x
表示第x(取1～9)波段，py表示y(取1～4)偏振通道。
[0075]
为第x波段y偏振通道的漂移校正系数，单位为dn/s(dn：digital number，表示遥感器信息获取电路中模拟信号经模数转换后的量化数据，s表示秒，dn/s表示每秒内变化/漂移的dn值数)。
[0076]
为第x波段y偏振通道在扫描圈(扫描周期)内对应的采集时刻获取的第i采样点的原始数据，为本底漂移校正后数据。在电机扫描过程中，在图2所示的各定标器和对地观测的角度范围内，psac按规定的角度间隔进行采样，将有效采样点按时间先后顺序进行排序，第i采样点即表示其中的对应点序号。这里的原始数据如上所述，是经过信号调理系统后的除了对地观测数据外还包括偏振和辐射定标器数据、暗参考数据在内的数据。
[0077]
δt为扫描圈内第i采样点对应的采集时刻与当前扫描圈直流恢复结束时刻的时间差，单位为s。
[0078]
本底漂移校正系数dcr的测量方法如下。
[0079]
使正交扫描镜组件101不进行扫描而处于对零辐射源定点观测(本实施方式中，对暗参考定标器定点观测，但若遥感器使用其他的零辐射源例如冷空间，则也可以对冷空间进行观测)的状态，同时关闭抑制电路的直流恢复功能进行一段时间的连续数据采集，此时获取的数据均为本底数据，同时可发现数据会出现连续地随时间线性增大的漂移(一段时间内近似恒定漏电流对耦合电容连续充电，与遥感器入轨初期相比，漏电流大小的改变主要由器件参数退化引起)。这里，通过测量规定时间内经平滑滤波以滤除噪声影响后累积的该漂移值(单位为dn)，将测得的累积漂移值除以该规定时间，其相反数即为本底漂移校正系数dcr。
[0080]
本底漂移校正系数dcr可通过卫星发射前实验室测量，也可通过在轨条件下进行测量。例如，可以对psac设置专门的本底漂移校正系数测量模式，能够在该模式中暂时关闭抑制电路的直流恢复功能，按照上述同样的方法测量本底漂移校正系数dcr。于是，通过在在轨条件下测量漂移校正系数，能够实现漂移校正系数的更新，从而在遥感器寿命周期内都能够提供较为准确的数据校正，达到保证该遥感器产品质量和最终应用效果的目的。这里的更新频率可按照需要设定。
[0081]
(3)步骤s303
[0082]
在步骤s303中，对各波段及其偏振通道观测暗参考定标器获取的本底数据进行异常值剔除，在此基础上计算对地观测前后各通道本底数据的均值，对遥感器每个扫描周期内各采样点，按每个周期基于该周期的本底均值进行本底校正。
[0083]
具体地，如前文所述，psac在正交扫描镜组件101四周布置了暗参考定标器用于建立零辐射基准。当如图2所示，psac的驱动电机带动正交扫描镜组件101在平面内旋转时，在
140
°
到160
°
的角度范围内观测暗参考定标器。
[0084]
使用暗参考定标器的一个显著特点是每次扫描观测暗参考时，在时间上分成三段，如图2中140
°
到160
°
的“暗参考定标器”角度范围所示，在中间执行直流恢复以消除本底并实现零辐射基准建立，并在直流恢复之前和之后均进行暗参考定标器采集作为本底观测数据，直流恢复期间的数据不作为有效的本底测量数据。
[0085]
就某一扫描圈而言，对需要进行本底校正的数据产生影响的本底，是该扫描圈的直流恢复后和下一扫描圈的直流恢复前的本底。为便于说明，将一个扫描圈的直流恢复之后的本底观测数据称作“(一个扫描圈的)对地观测前本底”，将下一个扫描圈的直流恢复之前的本底观测数据称作“(一个扫描圈的)对地观测后本底”。同时，将基于这两个本底观测数据得到的本底均值，称作该一个扫描圈的本底均值。
[0086]
由于偏振解析的特殊性，stokes偏振分量为相应通道的差值，往往比较小，因此对本底较为敏感，而星载遥感器在轨过程中容易受到干扰、静电放电以及空间辐射的影响，本底采集过程中可能出现异常值。因此，在将对地观测前本底与对地观测后本底取均值之前需要先剔除异常值。
[0087]
异常值可以基于本底数据异常阈值来剔除。
[0088]
异常阈值的设定需综合考虑本底均值和本底噪声大小。正常每个采集的本底数据由于含有随机噪声，都会在本底均值的一定范围内上下变化，单纯噪声导致的本底数据跳变落在本底均值的
±
3.3σ(σ为本底标准差，即噪声)以内的概率为99.9％，即如果本底采样数据出离该阈值范围，可以认为是异常值。然而考虑到星上干扰、静电干扰或空间单粒子辐射引起的瞬态影响等，可能出现非正常随机噪声之外的数据跳动。由于遥感器的通道本底均值可能不是固定的，本底均值需要在本底测量过程中实时计算，就会出现异常值导致的本底均值异常(一个较大的异常值会导致本底均值也变大，就可能出现正常本底数据超出阈值范围的问题)，相对而言通道本底噪声在一段时间内是不变的，进而导致上述判断条件失效。
[0089]
作为一例，可采取分级剔除异常值的方法。首先，根据评估的最大异常值大小，先以一个较大的阈值(如
±
20σ)范围进行粗筛，用于剔除对本底均值造成较大偏差的异常值；接着，再以正常本底均值
±
3.3σ的阈值进行精筛，用于剔除影响本底均值准确计算的异常值。
[0090]
接着，采用一个扫描圈内的经过异常值剔除后的上述“对地观测前本底”与上述“对地观测后本底”的均值表示该扫描圈的本底数据，其计算公式如下：
[0091][0092]
其中，n表示两组本底采样点数之和，n是本底值异常的采样点个数，表示当前扫描圈对地观测前(即该扫描圈的直流恢复后)第x波段y偏振通道本底数据，表示该圈对地观测后(即下一扫描圈的直流恢复前)第x波段y偏振通道本底数据，表示当前扫描圈第x波段y偏振通道本底均值。
[0093]
本底均值同前述本底漂移校正系数dcr同样能够在轨更新，从而在遥感器寿命周
期内都能够提供较为准确的数据校正。
[0094]
利用上述本底均值对对应波段和通道的数据进行本底校正，计算公式如下：
[0095][0096]
其中，表示x波段y偏振通道在当前扫描圈内第i采样点漂移校正后数据，为本底校正后的数据。
[0097]
此处，式(3)中针对经过步骤s302的校正后的数据进行校正，但如上所述，在本底漂移可忽略的情况下可以省略步骤s302，此时式(3)可表示如下：
[0098][0099]
(4)步骤s304
[0100]
在步骤s304中，读取探测器工作温度，根据卫星发射前实验室获取的短波红外波段探测器温度校正系数修正探测器响应率。
[0101]
具体地，psac能够探测从近紫外到短波红外共九个波段。对于短波红外波段用的探测器为了抑制其热噪声，特别是对信噪比有严格约束的系统，往往需要制冷到较低温度。如前文所述，为了提高短波红外波段的信噪比和探测灵敏度，作为探测器可以采用内置半导体制冷器(tec)的双元ingaas pin光电二极管。
[0102]
然而，对于这样的探测器，由于工作温度比较低，而在地面测试及定标过程中探测器热沉连接的导热装置很难安全地维持相应的低温，导致测试过程中探测器实际工作温度高于在轨工作温度。而且，为了最小化探测器内置tec驱动信号对微弱的探测器信号造成干扰，在轨过程中tec采用恒流驱动，导致实际探测器工作温度存在不超过2.5℃/轨的波动。
[0103]
因此，为了补偿探测器因工作温度不同导致的探测响应率差异，需要对探测器响应率进行温度校正。短波红外段探测器温度校正系数可通过热真空实验或探测器不同温度下相对响应率实验获取，并以遥感器发射前实验室定标时短波红外段探测器的工作温度t0进行响应率归一化，从而获得短波红外探测器响应率温度校正数据，并采用多项式拟合，获得温度校正曲线g(t)，其中，g(t0)＝1。
[0104]
遥感器短波红外探测器在轨工作温度可从遥测数据中提取，并进行平滑滤波。短波红外波段的温度校正公式如下：
[0105][0106]
为x波段y通道的校正后第i采样点数据(可以是上述式(3)得到的经过本底漂移校正和本底校正后的数据，也可以是式(3
′
)得到的仅经过本底校正后的数据)，ti为当前波段探测器的实际工作温度；为温度校正后数据；g(t)是温度校正曲线。
[0107]
与上述步骤s303同样地，式(4)中针对经过步骤s303的校正后的数据进行校正，但步骤s304也可以在省略步骤s303的前提下执行。例如，在略去了步骤s302和步骤s303的情况下，此时式(4)可表示如下：
[0108][0109]
此外，在略去了步骤s303或步骤s304于步骤s303之前执行的情况下，此时式(4)可表示如下：
[0110][0111]
需要说明的是，在步骤s304于步骤s303之前执行的情况下，温度校正的对象除了短波红外波段探测器的对地观测数据之外，还可以包括相应红外通道的本底数据。尤其是，若本底的dn值异常大(达到可忽略本底的100倍)，在步骤s304的温度校正时需要对相应红外通道的本底也一并进行温度校正，之后正常进行步骤s303的本底校正。
[0112]
(5)步骤s305
[0113]
在步骤s305中，得到经过上述步骤s302～s304预校正后的偏振扫描观测数据。
[0114]
如上所述，采用本发明一个实施方式的数据预校正方法，针对星载偏振扫描遥感器的数据特点，实施上述步骤s302～s304的各个预校正(至少任一个)，从而能够进行精细化的数据预校正。
[0115]
同时，步骤s302、s303中的各波段、通道的本底漂移校正系数dcr和本底均值能够在轨更新，从而在遥感器寿命周期内都能够提供较为准确的数据校正，进而达到保证该遥感器产品质量和最终应用效果的目的。
[0116]
图4是本发明一个实施方式的星载偏振扫描遥感器的数据预校正装置400的结构示意图。
[0117]
如图4所示，数据预校正装置400包括数据提取模块401、本底漂移校正模块402、本底校正模块403和温度校正模块404。
[0118]
数据预校正装置400可随星载偏振扫描遥感器psac搭载在卫星上，在星上进行数据预校正；也可位于地面，接收卫星下传数据进行预校正。
[0119]
其中，数据提取模块401用于执行上述步骤s301，即，提取待校正偏振扫描遥感器所有波段及其偏振通道的原始数据。
[0120]
本底漂移校正模块402用于执行上述步骤s302，即，根据卫星发射前实验室或入轨后获取的本底漂移系数，计算遥感器每个扫描周期内所有波段及其偏振通道的各采样点的漂移校正后数据。
[0121]
本底校正模块403用于执行上述步骤s303，即，对各波段及其偏振通道观测暗参考定标器获取的本底数据进行异常值剔除，在此基础上计算对地观测前后各通道本底数据的均值，对遥感器每个扫描周期内各采样点，基于采样点所在的扫描圈的本底均值进行本底校正。
[0122]
温度校正模块404用于执行上述步骤s304，即，读取探测器工作温度，根据卫星发射前实验室获取的短波红外波段探测器温度校正系数修正探测器响应率。
[0123]
此处，图4所示的数据预校正装置400除了数据提取模块401包括本底漂移校正模块402、本底校正模块403和温度校正模块404这三个模块，并且待校正数据按照本底漂移校正模块402、本底校正模块403和温度校正模块404的顺序传输。但不限于此，可以按照图3的
数据预校正方法的具体内容同样地，按照需要有选择地设置模块402～404。
[0124]
由此，通过采用本发明的数据预校正装置400，针对星载偏振扫描遥感器的数据特点，按照需要由本底漂移校正模块402、本底校正模块403和温度校正模块404进行校正，从而能够进行精细化的数据预校正。
[0125]
同时，各波段、通道的本底漂移校正系数dcr和本底均值能够在轨更新，从而通过实施本底校正模块403和温度校正模块404的校正，在遥感器寿命周期内都能够提供较为准确的数据校正，进而达到保证该遥感器产品质量和最终应用效果的目的。
[0126]
图5和图6是表示了星载偏振扫描遥感器psac获取的2250nm波段某通道的对地观测图像数据的示例。图5是未应用本发明的数据预校正方法的情况下的原始扫描拼接图像，图6是应用了本发明的数据预校正方法得到的扫描拼接图像。
[0127]
该示例中，该通道数据在执行本底漂移校正、本底校正和温度校正前后dn值变化1.6％～3.8％，有效提高了系统测量精度和数据质量，为后续进一步数据处理奠定基础。
[0128]
需要说明的是，上面的实施方式针对psac的数据进行预校正，但并不限定于此，预校正的对象可以是其他的星载偏振扫描遥感器的数据。
[0129]
工业利用性
[0130]
本发明适用但不仅限于星载偏振扫描遥感器的数据预校正。