基于深对流云目标的方向特性建模与仪器辐射响应变化分析

作     者：周为伟 

作者单位：河南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡秀清;杨磊库

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：深对流云 方向特性 衰减 辐射响应 温度校正 

摘      要：遥感卫星传感器在很多应用领域需要提供一致性观测数据,然而卫星发射后,受太空环境和自身仪器老化影响,会发生仪器性能的衰减,因此对卫星传感器长时间辐射响应性能跟踪具有重要意义。基于地球稳定目标跟踪仪器衰减变化是常用的定标方法,相对于其它目标,深对流云目标数量多,稳定性高,适合对极轨和静止卫星进行定标。在利用深对流云目标跟踪传感器时,考虑到自身方向特性的影响,需要对深对流云的方向特性进行校正,以此提高定标的准确性。目前,在进行深对流云的方向校正时,多采用宽波段的Hu模型,对可见和近红外波段有一定的校正效果,但在短波红外通道会带来更大的误差,因此对深对流云的方向特性重新建模是有意义的。采用稳定的Himawari-8/AHI数据,利用大量数据建立查找表对深对流云的方向特性进行建模,并利用模型基于深对流云目标长时间序列反射率变化的拟合线对Himawari-8/AHI和FY3D/MERSI的仪器性能进行评估。论文的主要研究内容与结论如下: (1)深对流云的数据筛选条件分析。主要分析亮温阈值、均一性阈值对深对流云数据稳定性影响。通过改变筛选条件,分析深对流云每月概率分布直方图(Monthly probability distribution frequency histogram,PDF)和长时间序列稳定性变化。结果表明:在保证数据充足的情况下,亮温阈值的影响最大。进行数据筛选时,首先需要保证数据量充足,再改变筛选条件,以此提高数据稳定性。经过验证,最后选择亮温值205K,反射率和亮温均一性阈值分别为3%和1K筛选条件。 (2)深对流云的方向特性建模。采用Himawari-8/AHI数据利用大量数据建立查找表,表征深对流云的方向特征,并与Hu模型对比验证。结果表明:建立的模型在可见光和近红外波段效果优于Hu模型,尤其在短波红外通道,相比于Hu模型增大数据标准误差值,所建模型起到一定校正效果。 (3)FY3D/MERSI的短波红外通道温度校正。不同于其它反射通道采用硅探测器,短波红外通道探测器采用光伏碲镉汞焦平面器件,对温度敏感,通道波动较大,影响通道的衰减结果计算,因此需要对其进行温度校正。利用MODIS温度校正公式,对MERSI的1640nm和2130nm波段通道进行温度校正,并比较长时间序列校正前后数据稳定性。结果表明:利用仪器温度和冷空温度对短波红外波段校正后,数据波动性变小,稳定性提高。 (4)FY3D/MERSI和Himawari-8/AHI仪器衰减结果分析。基于深对流云目标长时间序列数据,利用拟合线计算仪器衰减率。结果表明,对于可见光波段,Himawari-8/AHI卫星波长越长,衰减率越高。对于短波红外通道,其衰减率远远低于可见光-近红外通道。在可见光波段中,FY3D/MERSI波长越长,衰减率越低。865nm波段的总衰减为2.44%,年衰减为0.56%。在短波红外通道中,波长越长衰减率越低。在900-1100nm波段,波长越长,衰减率越高,总衰减最大达到了8.43%。