基于稳定目标场的高分一号卫星时间序列交叉定标研究

作     者：胡新凯 

作者单位：桂林理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：程天海;唐诗华

授予年度：2020年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 09[农学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0903[农学-农业资源与环境] 0816[工学-测绘科学与技术] 081602[工学-摄影测量与遥感] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：高分一号 Landsat8 辐射定标场 时间序列交叉定标 分析与验证 

摘      要：辐射定标是定量遥感的前提,其精度直接影响遥感数据定量应用的可靠性和准确性。研究者们提出了多种在轨辐射定标方法,包括星上定标、场地定标、交叉定标和场景定标,其中交叉定标的精度可以接近场地定标方法,同时具有更高的校准频率和更低的校准成本,还可用于历史图像的定标。理想的辐射定标场是实现在轨辐射定标的基础,当前我国主要利用敦煌国家辐射定标场进行在轨辐射定标,但敦煌国家辐射定标场受周边太阳能板的影响大,地表破坏日益严重,迫切需要开展新定标场地的选址与评估。高分一号卫星发射以来,主要以场地定标为主,定标频次较少,缺少卫星传感器的时间序列研究,对卫星传感器的衰减情况了解不足,且缺乏多场地定标结果的相互验证。针对以上内容,本文通过分析定标场地的选址要求,确定了敦煌国家场、敦煌新场、大灶火东、大灶火西四个稳定目标场地,并进行场地的地表和大气特性评价。以Landsat8 OLI为参考传感器,GF1 WFV1-4为待定标传感器,获取了2013-2019年长时间序列的影像数据。利用光谱匹配因子校正的方法,对确定好的影像对进行交叉定标,得到时间序列的定标结果,构建卫星传感器的衰减模型,并与中国资源卫星应用中心发布的定标结果进行精度验证。其主要研究结论如下:（1）利用高分卫星全色影像、Landsat8多光谱影像、场地实测光谱、MODIS影像、MODIS水汽产品和历史天气,对敦煌国家场、敦煌新场、大灶火东和大灶火西,进行了场地均匀性、稳定性、光谱特性、方向特性、水汽含量和晴天数的对比分析。结果表明,新选择的三个场地符合辐射定标场的要求,适用于卫星传感器的在轨辐射定标,为将来定标场地的选择和评价提供了参考。（2）选取定标精度较高的Landsat8 OLI作为参考传感器,对GF1 WFV1-4四个传感器进行时间序列交叉定标。四个传感器在定标场地的时间序列交叉定标系数的相对差异分别不超过4.91%、3.87%、3.78%、4.31%,且标准差均小于0.01。结果表明,四个辐射定标场地具有较好的一致性,其时间序列定标方法具有较好的稳定性,定标结果有较好的可靠性。（3）根据时间序列交叉定标结果,拟合得到GF1 WFV1-4四个传感器衰减模型,并确定初始化的定标系数及年衰减率,与中国资源卫星应用中心公布的定标结果进行分析验证。结果表明,在不同定标场下得到的卫星传感器的初始化定标系数较为接近,相对差异在3%-7%之间,即不同场地的定标结果具有较好的一致性。各卫星传感器的年衰减率分别不超过0.20%、0.11%、0.28%、0.35%,即高分一号卫星四个WFV传感器近7年来未发生显著衰减。在四个WFV传感器中,有40个场地定标系数在交叉定标系数阈值内,72个场地定标系数超出交叉定标系数阈值,最小与阈值中心相差2.91%,最大与阈值中心相差29.71%。