针对Terra/MODIS数据的改进分裂窗地表温度反演算法

针对Terra/MODIS数据提出改进的分裂窗地表温度反演算法。充分考虑了传感器观测角度(VZA)的影响,并对地表和有效大气辐射按照不同的亮度温度区间分别进行Planck函数简化。利用TIGR3大气廓线库中的875条晴空大气廓线,ASTER波谱库中的106条地物发射率波谱,结合MODTRAN4大气辐射传输模型模拟得到分裂窗算法系数。利用MODTRAN4模拟数据对算法精度进行验证,结果表明本文的改进算法和原算法的均方根误差RMSE分别为0.34K和0.65K。敏感性分析表明,在中等湿润的大气条件下,算法对大气水汽含量并不敏感。该算法降低了传感器观测角度带来的地表温度反演误差。利用2009年6月美国SURFRAD辐射观测网6个站点的实测数据对改进算法、原算法以及MOD11_L2地表温度产品进行了对比验证,RMSE分别是0.93K、1.49K和1.0K,表明本文算法可以提高反演精度。     

斜视角度下大气交叉辐射影响分析

大气交叉辐射影响是遥感数据中存在的大气影响的重要组成部分之一。多角度遥感是通过一定的观测角获取地面遥感数据 ,因而对斜视角度下大气交叉辐射影响的分析具有重要意义 ,这也是现有大气订正模型中较少涉及的部分。大气交叉辐射影响可以用点扩散函数表示 ,在频率域则可以用调制传递函数表示 ,因而通过对上述两个函数进行分析 ,可以掌握大气交叉辐射影响的特征 ,进而加以订正。通过分析发现 ,大气交叉辐射影响不仅与大气光学厚度、遥感图象分辨率等因子有关 ,而且与传感器观测角度有关 ,该文给出其解析表达式 ,并得出其变化规律     

热红外遥感中大气下行辐射效应的一种近似计算与误差估计

在热红外遥感中,大气下行辐射效应很难处理,原因是地表双向反射分布函数很难精确描述。因此常见的处理方法是在如下２ 个假设前提下对该项作做简化计算： 一是假设地表反射为朗伯体特性,二是大气下行辐射在半球空间内取常数。该文提出了一种在地表为非朗伯体、大气下行辐射为非各向同性等一般条件下近似计算大气下行辐射效应的方法。通过数值模拟表明：（１） 所采用的方法可以在放弃２ 个假设的前提下,更精确地计算热红外大气下行辐射效应的数值,计算精度比２ 个假设前提下的计算方法至少提高２０ ．５３ ％ ;（２） 该方法所带来的误差是大气模式、遥感器视角和通道的函数。其中,通道４ 的相对误差比通道５大,同一通道中模式５ 的相对误差最大,但最大可能相对误差不到８ ％ ,且随扫描角的增大而减小;（３） 大气下行辐射效应项占总辐射亮度值之比例在±３０°视角范围内一般不超过４ ％ 。     

地物反射光谱对MODIS近红外波段水汽反演影响的模拟分析

在近红外辐射传输方程的基础上,利用近红外波段水汽的不同吸收属性,在MODTRAN的模拟下,深入分析了基于MODIS近红外数据的可降水汽反演算法,并着重讨论了地物反射光谱非线性在可降水汽反演中的影响。研究结果显示,当波段间反射率之比不等于1时,MODIS近红外波段反演水汽将存在较大偏差。同时,在地物光谱库基础上,计算了不同地物反射率比值,其分布表明,大部分地物波段反射率比值不等于1。研究表明,应用现有MODIS近红外波段水汽反演算法,如果不考虑地表反射率光谱变化的影响,由地表反射光谱造成的误差最大约为反射率比值与1偏差的15倍,同时,这一误差还与大气波段透过率之比有关。     

近地表大气逆温条件下的地表温度遥感反演与验证

为了减少近地表大气逆温对地表温度遥感反演精度的影响,提出在晴空的地表温度"通用劈窗算法"模型中增加一个温度改正项来实现。在建立该误差改正项时,利用正常条件下的通用劈窗算法系数和具有不同逆温强度的逆温廓线,并结合大气辐射传输模型MODTRAN计算,得到近地表大气逆温条件下的地表温度反演误差,并在分析了该误差值与相应的逆温强度的关系后,发现该温度改正项可以表示为近地表大气逆温强度的二次项函数。为了进一步提高地表温度的反演精度,将地表温度和大气水汽含量进行分组,分别针对每个分组来确定温度改正项方程的系数。模拟结果表明,在逆温强度为1.7 K/100m时,该温度改正项可以使地表温度的反演精度提高0.44 K。利用内蒙古海拉尔试验站的实测数据对地表温度反演结果进行了验证,在近地表大气存在逆温的条件下,该方法能提高地表温度的遥感反演精度0.47K。但是,由于本文提出的方法需要已知大气温度廓线来计算大气逆温强度,因此在实际应用中该方法受到了一定的限制。     

CBERS-02卫星数据大气校正的快速算法

研究中巴资源卫星CBERS-02卫星数据大气校正的快速算法。首先假设地表为朗伯体，利用MODTRAN4．0软件模拟大气状况，讨论了不同地表反射率对大气校正参数的影响；然后计算出大气校正参数，生成查找表，根据CBERS卫星图像的不同情况确定不同的大气校正参数，从而对整幅图像进行大气校正。最后，利用核驱动模型对地表进行BRDF校正。     

基于ASTER数据反演我国南方山地陆表温度

 以贵州省黎平县山地植被覆盖区为例，基于ASTER遥感数据进行15 m分辨率的归一化植被指数制图和地表发射率制图，在利用 MODTRAN 4大气辐射传输模型进行大气订正的基础上，基于普朗克辐射方程的推导反演陆表温度，取得了较为理想的结果。     

中红外大气强吸收通道的地表辐亮度图像模拟

针对SPIRIT-Ⅲ遥感器的2个4.3μm强吸收通道,以邻近4.3μm的MODIS第23通道图像为数据源,进行地表辐亮度图像模拟。首先,通过建立通道转换模型生成强吸收通道的地表发射率图像;然后,基于已有的中红外辐射传输解析模型,推导获得4.3μm吸收通道的地表辐亮度解析模型,基于地表的解析模型和辐射传输模型MODTRAN的模拟数据,提出吸收通道的大气效应参数计算方法;最后,基于地表辐亮度解析模型,综合发射率和温度图像、大气效应参数、以及通道响应函数实现2个吸收通道的地表辐亮度图像模拟。对模拟数据进行精度评价,结果表明地表发射率模拟误差不超过±6%,地表辐亮度模拟误差不超过±0.02%。由此可见,本文提出的4.3μm强吸收通道的地表辐亮度图像模拟方法可行,能够为该吸收通道的入瞳辐亮度图像和遥感器成像过程模拟提供地表辐射数据支撑。     

中国陆地区域陆表温度业务化遥感反演算法及产品运行系统

地表温度反演的裂窗算法已成功应用于NOAA系列卫星热红外遥感数据。目前，裂窗算法中应用较为广泛的一种是Becker等人于1990年提出的局地裂窗算法，主要是通过辐射传输模型模拟不同地表条件和大气状况下，地表温度和发射率对红外辐射亮温的影响，从而发展出一个利用AVHRR4，5通道亮温数据反演地表温度的线性模型。在晴空无云和地表比辐射率能精确估算的情况下，Becker算法反演地表温度的精度在1K以内。Becker算法用Lowtran程序模拟计算地表辐射量，且模型中参数主要针对NOAA-9传感器特性得到。本文在Becker算法的基础上，针对NOAA-16／17传感器热红外通道光谱响应函数特性，利用最新的、计算光谱分辨率更高的MODTRAN程序模拟不同大气状况下，不同地表温度和发射率对NOAAAVHRR4，5通道辐射亮温响应特性的影响，改进Becker算法中模型参数，使之能适用于NOAA-16／17热红外数据。同时，本文利用植被指数NDVI，在中国陆地区域lkm分辨率最新地表分类数据的基础上，得到模型中需要的地表比辐射率参数，将改进的模型应用于1km分辨率NOAA17数据，得到了旬合成中国陆地区域范围地表温度，通过地面气象台站实测数据对比验证．取得了较好的结果。     

利用云下阴影实现陆地上空气溶胶和地表反射率的同时反演—理论方法和模拟

卫星探测信号包含大气中分子和粒子的散射贡献以及地表反射的贡献,在陆地上空二者的贡献相当,并且陆地地表反射率在时间和空间上极度不均一,因此,很难区分二者的各自贡献从而定量提取大气气溶胶和地表反射率,陆地上空气溶胶的反演也一直是一个极具挑战性的课题.而高分辨率卫星资料如TM5的可见光通道能够很好地区分云和云下阴影,如果云是不透光的,在阴影上空,卫星信号仅包含大气散射贡献和地表漫反射贡献,而在邻近的非阴影区上空,卫星探测信号还包含地表直接反射的贡献,根据这个原理,利用辐射传输模式分析了阴影区和非阴影区上空卫星探测的辐射量差别与地表反射率和大气气溶胶的关系,提出一种利用云下阴影来同时提取阴影上空大气气溶胶和地表反射率的单波长反演方案,并对气溶胶单次散射反照率,散射相函数,测量精度以及地表反射率的不均一性进行了敏感性分析.     

利用青海湖水面辐射校正场对FY—1C气象卫星热红外传感器进行绝对辐射定标

利用青海湖水面场FY-1C气象卫星热红外窗区通道进行绝对辐射定标,由CE312野外热红外辐射计在水面测得辐亮度经大气订正传递到卫星入瞳处,考虑到大气吸收削弱影响,同时卫星观测路径大气产生热发散,这两部分对卫星信号的贡献由探空廓线和卫星观测几何输入MODTRAN37计算出来,同时进行CE312野外辐射计与卫星通道光谱响应匹配计算,最终得到卫星入瞳处的表观亮度.这个辐亮度与卫星通道的计数值比较得到该通道绝对定标系数.结果表明利用辐射校正场辐射定标与星上定标相差5%左右,相当于3K的亮温差.     

HJ-1卫星CCD数据的大气校正及其效果分析

利用MODTRAN 4模型对地表-大气-遥感器之间的辐射传输过程进行模拟,模拟出对应大气参数下的表观辐亮度;利用模拟生成的大气校正查找表,逐像元对HJ-1卫星CCD数据进行大气校正;并从光谱曲线、与MODIS地表反射率产品比较、归一化植被指数(NDVI)三个方面,探讨了HJ-1卫星CCD数据大气校正效果.结果表明:(1...     

AAC算法的大气校正复合改进算法

利用模拟数据,评价Autonomous Atmospheric Compensation(AAC)算法的抗噪性,认为AAC算法的抗噪性较弱。基于TASI实测数据,利用AAC算法开展反演计算时,计算结果呈现出多样性问题。结合In-scene Atmospheric Compensation(ISAC)算法中黑体像元的标定方法,提出了一种复合改进算法。首先,利用ISAC算法反演的大气透过率和路径辐射,重新计算AAC算法中大气透过率之比(Tr)和相邻两强弱吸收通道的路径辐射之差(Pd),再次,运用经验公式获得稳定的大气反演结果(大气透过率和路径辐射),有效解决了计算结果多样性的问题。利用复合改进算法,开展的温度与发射率分离实验,证明反演得到的发射率波谱更接近野外实测波谱。     

PMODTRAN: a parallel implementation based on MODTRAN for massive remote sensing data processing

MODerate resolution atmospheric TRANsmission (MODTRAN) is a commercial remote sensing (RS) software package that has been widely used to simulate radiative transfer of electromagnetic radiation through the Earth's atmosphere and the radiation observed by a remote sensor. However, when very large RS datasets must be processed in simulation applications at a global scale, it is extremely time-consuming to operate MODTRAN on a modern workstation. Under this circumstance, the use of parallel cluster computing to speed up the process becomes vital to this time-consuming task. This paper presents PMODTRAN, an implementation of a parallel task-scheduling algorithm based on MODTRAN. PMODTRAN was able to reduce the processing time of the test cases used here from over 4.4 months on a workstation to less than a week on a local computer cluster. In addition, PMODTRAN can distribute tasks with different levels of granularity and has some extra features, such as dynamic load balancing and parameter checking.     

一种适用于ASTER数据同时反演大气水汽含量和地表温度的三通道算法

提出了针对ASTER数据同时反演大气水汽含量与地表温度的三通道算法,即利用ASTER数据的第12,13,14三个热红外波段建立三个热辐射传输方程。再利用MODTRAN软件分别模拟ASTER 12,13,14波段透过率与大气水汽含量的关系,通过分析可知ASTER三个热红外波段的透过率与大气水汽含量的关系可用近似线性方程表示,从而得到另外三个方程。这样就构成了一个包含六个未知数、六个方程的方程组,形成了针对ASTER数据同时反演大气水汽含量与地表温度的三通道算法。由于各参数都可以通过方程组计算出来,所以,这种算法仅需要ASTER数据就可反演出大气水汽含量与地面温度,且关键参数大气透过率的计算精度提升到了AS-TER数据一个像元（15×15）m2的程度。     

BOC信号改进码相位捕获算法研究

BOC(binary offset carrier)信号自相关函数存在多值性,BOC信号的捕获不能简单地移植GPS信号捕获算法。在分析经典并行码相位算法和BOC信号互相关特性基础上,仿真分析了并行码相位搜索算法对BOC信号进行捕获的有效性,并针对经典算法在低信噪比条件下捕获信号存在的不足,对经典算法进行了改进设计,并利用改进算法对多种BOC信号进行了仿真分析。结果表明,本文提出的改进捕获算法适用于BOC(pn,n)信号(p为整数),扩展了经典算法的适用范围,且与经典算法相比,改进捕获算法对所给定BOC信号能够改善捕获信噪比10dB,可显著提高接收机捕获灵敏度,对接收机BOC信号捕获算法设计具有重要意义。     

采用辐照度基法对FY-1C气象卫星可见近红外通道进行绝对辐射定标

介绍另一种在轨卫星传感器绝对辐射定标——辐照度基法定标,并利用敦煌辐射校正场对FY-1C卫星可见近红外通道进行定标。通常的反射率基法定标,表观反射率计算的一个重要误差来源是对气溶胶散射的近似计算。辐照度基法定标采用实际测量的漫射与总辐射比来代替辐射传输计算的气溶胶散射。利用该方法对FY-1C卫星的5次定标结果表明,大部分日期辐照度基法和反射率基法定标结果非常吻合,肯定了辐照度基法的正确性,但在气溶胶含量较大时,辐照度基法提高定标精度的优点显现出来,能够减少辐射传输模式对气溶胶散射计算带来的误差,提高最终的绝对辐射定标精度。     

邻坡反射辐射对地物反射率计算的影响评估

采用朗伯体经验模型计算邻坡反射辐射,并建立其对目标像元反射率计算影响的评估模型。研究表明,忽略邻坡反射辐射将造成目标像元反射率的计算值偏高,尤其在低照度区域易导致光学遥感影像地形辐射校正出现过饱和现象。研究证实,雪的可见光近红外波段的邻坡反射辐射、植被的近红外波段的邻坡反射辐射对目标像元反射率计算的影响显著,对地形遮蔽度大的目标像元可产生10%以上的反射率相对误差。