高光谱遥感器的光谱响应函数的在轨确定方法及系统与流程

本发明是关于光学遥感，特别是关于一种高光谱遥感器的光谱响应函数的在轨确定方法及系统。

背景技术：

1、太阳反射波段高光谱遥感可实现温室(二氧化碳、氧化亚氮、甲烷、臭氧)及污染气体(甲醛、二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮、二氧化氯)全球总量及廓线的实时观测，与人类生活息息相关。对于使用光栅分光的高光谱遥感器而言，由于在轨环境温度、光学对准和色散变化等原因导致的光谱响应函数(relative spectral response function,rsf)的在轨变化是影响大气成分气体准确反演的重要因素之一。由于缺乏在轨测量手段，尚无法准确掌握光谱响应函数的在轨变化情况。

2、虽然通道式遥感器modis的研究人员很早就设计了星上光谱辐射校准组件(srca)，利用单色仪实现在轨光谱响应函数变化的监测。但是对于高光谱遥感器而言，以现有技术监测在轨光谱响应函数的变化是非常困难的。究其原因，一方面是因为高光谱遥感技术出现的较晚，对光谱响应函数在轨变化对定量观测的影响认识的不够全面。另一方面是测量高光谱遥感器光谱响应函数要比通道式仪器困难许多，需要使用比单色仪更为复杂的可调谐激光器系统。庞大的测量系统加上漫长的测量周期，很难在轨实现。

3、随着对高光谱遥感器在轨性能变化的深入了解，以及在轨定标精度需求的逐步提高，国际上对光谱响应函数在轨变化及修正的报道越来越多，已经引起了相关学者的普遍关注。pan,c.等于2017年发现snpp/omps遥感器显示出波长偏移和光谱展宽的迹象，环境温度从-2变化到+2℃时，波长偏移约为0.03nm/摄氏度，对辐射定标误差的贡献超过了1％。通过对波长偏移等误差源的修正使辐射定标精度从3-5％提高到2％的指标要求。

4、以fy-3f/oms为例，仪器设计光谱分辨率0.6nm，光谱定标精度指标0.01nm。普通单色仪无法满足oms光谱定标精度要求，需要使用可调谐激光器以小于0.1nm间隔在290-500nm范围内进行精确扫描，一次完整的扫描往往耗时数月。未来规划中的遥感器，其扫描点数还将增加数十倍的量级，一次完整的光谱响应函数测量将耗时一年以上。复杂的系统结构加上漫长的测量周期，现有高光谱遥感器光谱响应函数的测量手段很难在轨复现。

5、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高光谱遥感器的光谱响应函数的在轨确定方法及系统，其解决了高光谱遥感器在轨光谱响应函数观测的有无问题，同时可以将数月乃至上年的观测周期缩短为数分钟的量级，从而提升了人类利用卫星对全球温室气体、环境污染气体、气溶胶等大气成分气体监测的准确性，助力气候研究、环境保护、低碳减排等国计民生事业的高质量发展。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种高光谱遥感器的光谱响应函数的在轨确定方法，基于太阳反射波段，该方法包括步骤s1，获取多组输入光源得到一个多元线性回归方程组。以及步骤s2，采用最小二乘法对多元线性回归方程组进行计算，从而得到遥感器逐像元的光谱响应函数。

3、在本发明的一实施方式中，获取所述多组输入光源具体为通过对太阳光谱进行干预得到多组输入光源，且所述多组输入光源为已知且互不相关的多组输入光源。

4、在本发明的一实施方式中，对所述太阳光谱进行干预得到所述多组输入光源具体是通过添加彩色滤光片、经过彩色参考板反射、观测大气散射光、改变太阳光谱分布的方式对太阳光谱进行干预并得到所述多组输入光源。

5、在本发明的一实施方式中，多元线性回归方程组具体为式(1)所示：

6、

7、其中，自变量x代表不同的输入光源，x代表某组光源某个光谱处具体的光源辐亮度，n代表互相独立的光源个数，p代表光谱数。其中，所述式(1)中的p≥3。

8、在本发明的一实施方式中，最小二乘法计算具体为式(2)所示：

9、y＝xb+ε  (2)；

10、其中，因变量y＝(y1,y2,…,yn)′是多组互不相关光谱经遥感器光谱响应函数卷积后的输出计数值，b＝(b0,b1,…,bp)′代表光谱响应函数，ε＝(ε1,ε2,…,εn)′表示试验中的随机因素对因变量的影响。

11、在本发明的一实施方式中，通过改变太阳光谱分布的方式对太阳光谱进行干预并得到多组输入光源具体为：通过扫描镜使太阳光谱在探测器的光谱维挪动的方式生成互不相关的多组输入光源，且挪动步长为探测器光谱分辨率的0.1倍～1倍。

12、在本发明的一实施方式中，经过彩色参考板反射的方式对太阳光谱进行干预并得到多组输入光源具体为：太阳光谱经不同颜色的参考板反射后生成互不相关的多组输入光源。

13、第二方面，本发明提供了一种高光谱遥感器的光谱响应函数的在轨确定系统，应用于上述的高光谱遥感器的光谱响应函数的在轨确定方法，该系统包括：获取模块以及计算模块。获取模块用以获取多组输入光源得到一个多元线性回归方程组。以及计算模块用以采用最小二乘法对所述多元线性回归方程组进行计算，从而得到遥感器逐像元的光谱响应函数。其中，获取所述多组输入光源具体为通过对太阳光谱进行干预得到多组输入光源，且所述多组输入光源为已知且互不相关的多组输入光源。

14、第三方面，本发明实施例还提供了一种存储介质，存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行上述的高光谱遥感器的光谱响应函数的在轨确定方法。

15、第四方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：

16、至少一个处理器；以及，

17、与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

18、存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，指令被所述至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述的高光谱遥感器的光谱响应函数的在轨确定方法。

19、与现有技术相比，根据本发明的高光谱遥感器的光谱响应函数的在轨确定方法，其解决了高光谱遥感器在轨光谱响应函数观测的有无问题，同时可以将数月乃至上年的观测周期缩短为数分钟的量级，从而提升了人类利用卫星对全球温室气体、环境污染气体、气溶胶等大气成分气体监测的准确性，助力气候研究、环境保护、低碳减排等国计民生事业的高质量发展；无论遥感器的光谱范围在太阳反射波段内如何变化，使用本方法仅需数十组观测既可得到逐像元的光谱响应函数，且每点的光谱响应函数均可回归得到精细的光谱结构。

技术特征：

1.一种高光谱遥感器的光谱响应函数的在轨确定方法，基于太阳反射波段，其特征在于，所述高光谱遥感器的光谱响应函数的在轨确定方法包括：

2.如权利要求1所述的高光谱遥感器的光谱响应函数的在轨确定方法，其特征在于，获取所述多组输入光源具体为：通过对太阳光谱进行干预得到多组输入光源，且所述多组输入光源为已知且互不相关的多组输入光源。

3.如权利要求2所述的高光谱遥感器的光谱响应函数的在轨确定方法，其特征在于，对所述太阳光谱进行干预得到所述多组输入光源具体是通过添加彩色滤光片、经过彩色参考板反射、观测大气散射光、改变太阳光谱分布的方式对太阳光谱进行干预并得到所述多组输入光源。

4.如权利要求3所述的高光谱遥感器的光谱响应函数的在轨确定方法，其特征在于，所述多元线性回归方程组具体为式(1)所示：

5.如权利要求4所述的高光谱遥感器的光谱响应函数的在轨确定方法，其特征在于，所述最小二乘法计算具体为式(2)所示：

6.如权利要求5所述的高光谱遥感器的光谱响应函数的在轨确定方法，其特征在于，通过所述改变太阳光谱分布的方式对所述太阳光谱进行干预并得到所述多组输入光源具体为：通过扫描镜使太阳光谱在探测器的光谱维挪动的方式生成互不相关的多组输入光源，且挪动步长为探测器光谱分辨率的0.1倍～1倍。

7.如权利要求6所述的高光谱遥感器的光谱响应函数的在轨确定方法，其特征在于，经过所述彩色参考板反射的方式对所述太阳光谱进行干预并得到所述多组输入光源具体为：所述太阳光谱经不同颜色的参考板反射后生成互不相关的多组输入光源。

8.一种高光谱遥感器的光谱响应函数的在轨确定系统，应用于如权利要求1至7所述的高光谱遥感器的光谱响应函数的在轨确定方法，其特征在于，所述高光谱遥感器的光谱响应函数的在轨确定系统包括：

9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行权利要求1-7任意一项所述的高光谱遥感器的光谱响应函数的在轨确定方法。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种高光谱遥感器的光谱响应函数的在轨确定方法及系统，基于太阳反射波段。其中该方法包括：步骤S1，获取多组输入光源得到一个多元线性回归方程组。以及步骤S2，采用最小二乘法对所述多元线性回归方程组进行计算，从而得到遥感器逐像元的光谱响应函数。借此，本发明的高光谱遥感器的光谱响应函数的在轨确定方法，解决了高光谱遥感器在轨光谱响应函数观测的有无问题，同时可以将数月乃至上年的观测周期缩短为数分钟的量级，从而提升了人类利用卫星对全球温室气体、环境污染气体、气溶胶等大气成分气体监测的准确性，助力气候研究、环境保护、低碳减排等国计民生事业的高质量发展。

技术研发人员：李元
受保护的技术使用者：国家卫星气象中心（国家空间天气监测预警中心）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13