国产遥感卫星历史数据再定标共性技术
基于国家重点研发计划“国产多系列遥感卫星历史资料再定标技术”项目“光学/微波载荷历史数据再定标共性技术”两个课题最新研究成果，面向多系列国产遥感卫星光学微波载荷历史数据一致性辐射再定标共性技术需求，解决长序列历史资料缺少统一定标基准问题，突破跨平台多载荷及寿命周期内观测资料一致性比对关键技术，挖掘天地空多源定标信息并建立光学载荷历史辐射基准，构建同类仪器精细定标物理模型、载荷间辐射基准传递模型和同一仪器寿命期内辐射响应及衰变特征模型，为光学微波载荷长序列历史数据定标再处理提供科学算法和精度验证方法支撑。本专栏汇集10篇研究成果覆盖了国产气象、陆地和海洋系列卫星再定标共性技术。
主题关键词： 红外定标历史数据再定标交叉定标风云三号气象卫星非线性系数降噪遥感
- 论文汇编
- 摘要：星载微波湿度计发射前定标和在轨定标的最大不同是冷源的使用：在轨定标的冷源是宇宙冷空背景温度，通常为2.7 K，而发射前定标的冷源通常控制在80—100 K。这样通过发射前定标得到的非线性系数是否可以用于在轨定标一直是一个非常关心和值得研究的问题。本文通过在FY-3E微波湿度计发射前热真空定标中除了传统需要的冷热、变温定标源之外，另外设计了一个独立的位于180—200 K附近的定标源。利用该验证源，本文提出了三点定标公式，基于冷空不变性并通过外推到冷空亮温的模拟观测计算非线性系数。随后通过比较传统和新型非线性系数推导方法的结果，并将两组系数带入同一组数据中分析两组发射前定标系数用于在轨定标的适用性。结论表明，通过对传统方法和新方法的计算结果比较，发现将两组非线性方法应用于同一数据集的结果存在差异，说明传统方法得到的发射前系数存在误差。并且该方法简化了发射前标定过程，提高了非线性系数用于星上标定的精度。关键词：微波湿度计定标;FY-3微波湿度计;发射前定标;在轨定标;非线性系数1021|1702|4<HTML><网络PDF><Enhanced-PDF><Meta-XML>更新时间：2023-12-05
- 摘要：本文基于主成分分析PCA（Principal Components Analysis）和集合经验模态分解EEMD（Ensemble Empirical Mode Decomposition）降噪的基本思想，利用改进的自适应噪声总体集合经验模态分解ICEEMDAN（Improved Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition With Adaptive Noise）对原EEMD的条带降噪方法进行了修改，并利用该方法对风云三号C星、D星（FY-3C、FY-3D）微波湿度计（MWHS-2）实际观测亮温中的条带噪声进行了分析。其中主成分分析对数据进行降维，得到各扫描线的主成分分量，模态分解方法分解对应分量，利用各模态能量密度的差异提取出其中的噪声并去除，随后组合剩余模态重构出观测亮温，实现噪声的抑制。通过对原始算法和各类改进后的模态分解方法降噪效果的对比，结果表明使用ICEEMDAN可有效避免EEMD中残余噪声等问题，减少重构误差。数值分析结果表明，改进后的方法使方差进一步降低0.020 K2，信噪比提升0.031 dB，进一步提升了算法的降噪能力。关键词：风云三号;MWHS-2;微波辐射测量;数据处理;降噪;PCA;经验模态分解;条带噪声995|1592|0<HTML><网络PDF><Enhanced-PDF><Meta-XML>更新时间：2023-12-05
- 摘要：星载微波湿度计观测的地球表面和大气的亮温是数值天气预报和气候研究的重要基础数据源。由于微波湿度计系统响应特性差异、在轨工作条件的变化，以及星上定标基准的差异，不同卫星微波湿度计、同一微波湿度计数据在长时间范围内都存在一定的偏差。如果这些偏差不进行修正，则会对长时间序列应用（如气候研究等）具有较大的影响，甚至可能导致错误的结果。由于微波辐射目前还不存在绝对基准，无法通过地面绝对基准的传递进行星上数据的绝对定标，因此需要利用其他相对定标方法对湿度计的稳定性及其变化特征进行评价。本文基于OMB（模拟和观测数差）定标的思想，结合微波湿度计的系统响应特性和星上定标基本原理，建立了微波湿度计定标偏差的校正模型—再定标模型，从而实现历史数据的一致性定标。初步研究结果表明：使用再定标模型后，FY-3C微波湿度计-II定标结果的时间序列稳定，原始OMB偏差中的各种异常波动现象得到良好修正。由于该模型是基于微波湿度计的系统响应特性建立的，因此这一方法同样适用于其他FY-3系列卫星微波湿度计数据的定标偏差校正，实现FY-3系列卫星微波湿度计数据的一致性定标。关键词：FY-3C微波湿度计;定标偏差;OMB定标;系统响应特性;星上定标;再定标模型;卫星数据的一致性1033|1187|1<HTML><网络PDF><Enhanced-PDF><Meta-XML>更新时间：2023-12-05
- 摘要：本文在综述国际上星载微波辐射计历史数据再定标技术基础上，介绍了风云三号卫星微波载荷特点，综述业务辐射定标和历史数据再定标共性技术，阐述风云三号卫星微波载荷通过仪器系统全链路辐射传递仿真构建在轨特殊工况辐射修正模型后，以国际参考载荷为参考消除代际间辐射差异的历史数据再定标技术路线；简介了风云三号卫星微波载荷在轨基本业务状态以及历史数据再定标研究成果，再定标生成的风云三号微波长时序L1科学数据集，经与国际同类载荷交叉比对表明氧气吸收通道长时间序列亮温数据RMSE为0.77 K，标准差为0.28 K；水汽吸收通道再定标后长时间序列数据的RMSE最优达到0.80 K，标准差为0.20 K；窗区通道以23.8 GHz的V极化通道为例再定标后长时间序列数据的RMSE最优达到1.29 K，标准差为0.15 K；在定标后最大RMSE不超过1.5 K。风云卫星微波载荷与参考载荷之间具有非常好的辐射一致性。风云三号卫星微波载荷历史数据再定标结果为后续建立风云卫星微波载荷基础气候数据集（FCDR）、和包含关键气候变量的网格化气候数据集（CDR）提供了基础性支撑。关键词：风云三号气象卫星;微波大气探测仪;微波成像仪;历史数据再定标;交叉定标1826|3552|6<HTML><网络PDF><Enhanced-PDF><Meta-XML>更新时间：2023-12-05
- 摘要：选取符合长历时遥感数据辐射定标要求的地面场地，对建立统一的辐射定标参考标准，改进卫星辐射定标精度，推动定量化产品应用都具有十分重要的意义。本研究利用2018年11月—2021年10月覆盖整个研究的Sentinel-2 A/B MSI遥感数据，结合变异系数（CV）指标和Getis-Ord
- 摘要：现有基于稳定目标场的交叉定标方法受限于卫星同步过境人工选取定的伪不变目标且靶场光谱特性较为单一，难以进行多频次、高精度的交叉定标，而传感器的精确在轨校准对其数据产品的有效性至关重要。本文提出了一种基于迭代重加权多变量变化检测（IR-MAD）的交叉定标方法，以风云三号B星（FY-3B）光学成像仪的中分辨率成像光谱仪（MERSI）为参考基准，展开对同平台的可见光红外扫描辐射计（VIRR）的交叉定标研究。该方法通过IR-MAD算法自动识别两探测器同时相场景中的不变像元，基于不变像元的反射率信息，经过光谱匹配和正交回归获得交叉定标系数。本文以FY-3B/VIRR、MERSI中国西北地区和北非地区数据展开研究，获取长时间序列的定标斜率系数。结果表明，IR-MAD方法与业务定标、敦煌沙漠场地定标结果有很好的一致性，VIRR经定标校正后与MERSI的辐射信息相对偏差优于2%，中国西北地区和北非地区获取的IR-MAD交叉定标结果吻合（多数通道优于2%）。此方法可在卫星观测场景内自动高效的选取伪不变目标，并基于所选取的伪不变目标实现交叉定标。关键词：可见光红外扫描辐射计;中分辨率成像光谱仪;迭代重加权多变量变化检测;不变像元;交叉定标1117|1861|2<HTML><网络PDF><Enhanced-PDF><Meta-XML>更新时间：2023-12-05
- 摘要：风云三号可见光红外扫描辐射计（FY-3/VIRR）自2008年FY-3A发射以来，在轨提供了十余年的对地观测数据。这些数据对于大气、地表和环境产品反演、天气和气候变化研究具有重要意义。本文分析了FY-3/VIRR热红外通道的偏差特征，针对定标偏差的昼夜差异和季节变化，结合业务定标模型初步确认误差的主要来源，并分别对星上定标模型和星上黑体辐射模型进行优化，构建热红外通道精细化再定标模型。FY-3/VIRR热红外通道再定标模型直接采用二次定标方程进行星上定标，并考虑了仪器环境辐射影响。以国内外公认的高精度红外大气探测仪器（IASI）为参考仪器，基于GSICS推荐的近同时星下点观测（SNO）匹配样本，实现了精细化再定标模型的参数确定。结果表明，该精细化再定标模型对VIRR热红外通道的系统性偏差，以及偏差的昼夜差异和季节性变化均有明显的修正效果，利用精细化再定标模型重定标后的月平均偏差均在±0.3 K以内；以2018年为例，冬季昼夜差异由业务定标的0.4 K左右减小至小于0.1 K。关键词：可见光红外扫描辐射计（VIRR）;红外定标;星上定标;精细化定标模型;再定标;星上黑体辐射模型412|1316|1<HTML><网络PDF><Enhanced-PDF><Meta-XML>更新时间：2023-12-05
- 摘要：在真空红外定标过程中，扫描辐射计系统响应度常受到试验污染及探测头部温度非一致性等因素影响，导致各通道获取定标系数及铂电阻转换系数不准确。为校正系统响应度的不一致性，可基于黑体辐射源恒温模式下的辐射稳定性和红外探测系统通道单一定标状态下响应度不变性，利用红外定标中的面源黑体及星上黑体变温数据，构建内外黑体红外通道响应一致性传递算法。针对FY-3B可见光红外扫描辐射计（VIRR）发射前定标数据，将定标过程中的系统响应度进行一致性校正。结果表明，面源黑体变温阶段面源黑体校正码值在升温和降温间的一致性优于0.7 DN，辐射传递过程中基准工况下星上黑体校正码值一致性优于0.3 DN，并分析了校正方法和其他传统方法在计算星上黑体变温阶段等效黑体温度的差异性。因此，该算法保证了空间辐射基准到红外探测系统以及星上黑体辐射传递过程的辐射准确性，为有效提高真空红外辐射定标精度提供技术保障。关键词：遥感;红外定标;稳定性;扫描辐射计;响应度;一致性449|1569|2<HTML><网络PDF><Enhanced-PDF><Meta-XML>更新时间：2023-12-05
- 摘要：陆地稳定目标的地表反射率是利用反射率基法对卫星传感器进行辐射定标的关键参量。但对于国产历史遥感卫星的光学载荷，同步观测的稳定目标地表反射率数据的缺乏，是对其进行历史再定标工作的主要难点。本文基于长时间序列的MODIS BRDF模型参数产品，采用统计分析的方法，建立了全球典型沙漠稳定目标的逐月方向反射率参考模型，并基于独立的样本数据进行了模型精度验证及辐射定标应用示范研究。验证结果显示，国外目标的方向反射率参考模型不确定度优于国内目标。国外的13个沙漠目标中，有12个目标的模型误差在±3%以内，其中Libya 4可低于±1%；在国内，有6个目标与国外这12个目标的模型精度相当。辐射定标应用示范结果显示，本文构建的稳定目标方向反射率参考模型可以代替实时的MODIS BRDF模型参数产品用于遥感仪器的辐射定标中。一方面，可以解决国产卫星光学载荷历史数据再定标中缺乏地面反射率同步观测的问题；另一方面，对于在轨遥感仪器的辐射定标，可避免频繁下载MODIS BRDF模型参数产品的问题。关键词：遥感仪器;辐射定标;反射率;BRDF;稳定目标;MODIS1370|2018|1<HTML><网络PDF><Enhanced-PDF><Meta-XML>更新时间：2023-12-05
- 摘要：经过三十多年努力，中国气象、陆地、海洋、环境减灾星座等已经形成了系列化、业务化发展的态势，国产多系列遥感卫星积累了较长时间连续观测资料，这为气候变化研究和环境变化检测提供了可能性。要发挥卫星观测历史数据在气候变化研究中的巨大潜力，必须解决不同卫星之间、同一卫星全寿命期遥感载荷的高精度一致性辐射再定标问题，构建统一的历史辐射基准和精细再定标模型，使得不同仪器、不同时期的观测资料具有可比性。本文综述了星载光学遥感仪器历史数据再定标的方法和思路，包括发展地球稳定目标和天体月球的辐射基准模型，重构长序列历史数据再定标精细算法模型。论文系统介绍了如何构建历史数据再定标的地球稳定目标—沙漠、冰雪、深对流云（DCC）等辐射基准模型，以及用于交叉定标及基准溯源的典型参考仪器及基准数据评价。本文还综述了光学载荷历史数据再定标模型重构需要综合考虑的几个关键方面，包括影响辐射定标不确定性的杂散光、串光、偏振等要素的影响机理，并采用仪器定标全链路仿真和关键定标参数精细重构，建立仪器响应的短周期波动订正模型和长周期衰变模型；构建仪器响应与空间、光谱、热学、轨道等内外要素关联的精细定标机理模型；开展仪器响应的多目标跟踪和长序列宽动态综合定标系数推算，并采用计算智能的相对定标技术，实现卫星长序列历史资料的自动再定标和长周期衰减订正，建立同一仪器寿命期内辐射响应及衰变特征模型。本文综述的历史辐射基准、再定标模型及定标的影响机理等最新研究进展，为中国历史遥感数据再定标提供了系统性解决思路，为进一步提高遥感数据长期定标质量和可靠性奠定了理论方法基础。关键词：历史数据再定标;辐射基准;精细再定标模型;仪器衰变模型;定标机理模型1408|4146|4<HTML><网络PDF><Enhanced-PDF><Meta-XML>更新时间：2023-12-05
