氧气吸收通道的光谱定标影响机理及光谱定标模型研究

Hyperspectral remote sensing is the research hotspot in the field of remote sensing. High-precision performance evaluation of on-orbit satellites is the premise to ensure the quantitative application of hyperspectral remote sensing. On-orbit performance evaluation includes radiometric calibration and spectral calibration. The radiometric calibration research is relatively mature, while the spectral calibration is still in the exploration and development stage. This project is focused on the study of influence mechanism and model of spectral calibration on oxygen absorption channel. The sensitivity analysis will be done on various influencing factors during the spectral calibration processes, such as measured spectrum processing, reference spectrum simulation and evaluation indexes calculation, to study the influence mechanism of spectrum calibration. The available spectral calibration methods will be compared and analyzed. A new spectral calibration model will be proposed according to the data characteristics of Hyper Spectral Imager (HSI).Finally, the influence mechanism and model of spectral calibration will be validated based on the hyperspectral image and field experiment. The research is focused on the influence of surface type and radiometric calibration error influence to ensure the spectral calibration accuracy. The research output will optimize the spectral calibration theoretical method, realize high-precision spectrum calibration of hyperspectral imager, and improve the data quality of hyperspectral data, which has very important theoretical significance and application values.

高光谱遥感是遥感领域研究的热点。高精度的卫星在轨性能评价，是确保高光谱遥感定量化应用的前提。在轨性能评价包括辐射定标和光谱定标，辐射定标的研究比较成熟，而光谱定标尚处于探索和发展阶段。本课题针对氧气吸收通道的光谱定标影响机理和光谱定标模型开展研究。对光谱定标过程中的测量光谱处理、参考光谱模拟和评价指标计算等多个环节的各种影响因素开展敏感性分析，研究光谱定标的影响机理。分析比较现有的光谱定标方法。根据超光谱成像仪数据特点，提出新的光谱定标模型，完善光谱定标流程。最后，基于卫星影像和野外实验，对光谱定标影响机理和光谱定标模型进行检验与评价。课题重点针对光谱定标过程中的地表类型变化和辐射定标误差的影响开展研究，深入分析上述两个因素对光谱定标结果的影响，确保光谱定标的精度。课题研究成果对于完善光谱定标理论方法，实现高光谱载荷的光谱定标，提高国产高光谱数据质量，具有重要的理论意义和实际应用价值。

高光谱遥感是遥感领域研究的热点。高精度的在轨光谱定标，是确保高光谱遥感定量化应用的前提。本课题针对氧气吸收通道的光谱定标影响机理和光谱定标模型开展研究。提出了两种光谱定标方法：基于光谱匹配的在轨光谱定标方法和基于大气校正的光谱定标方法。.采用光谱匹配法进行光谱定标时，对光谱定标过程中的测量光谱、参考光谱和评价指标进行光谱定标影响机理研究。其中，评价指标有六种：即标准差法、相关系数法、最小距离法、光谱夹角法、极值法和协方差法；测量光谱有两种：测量表观反射率、测量表观辐亮度；参考光谱有三种：参考表观反射率、参考表观辐亮度和参考大气透过率。研究结果表明，采用参考表观反射率和测量表观反射率作为光谱匹配类型，以标准差法、相关系数法、最小距离法、光谱夹角法作为光谱匹配评价指标，得到的光谱定标结果精度较高。.采用大气校正法进行光谱定标时，提出三种光谱平滑度计算方法，即光谱平滑法、光谱插值法和二阶导数法。分别对15nm，10nm，5nm，2.5nm波段宽度的传感器进行光谱定标，结果表明，二阶导数法的定标精度最高，最大误差仅为0.1nm，优于光谱平滑法和光谱插值法。.在对光谱定标机理研究的基础上，以环境卫星超光谱成像仪为研究对象，提出针对超光谱成像仪的在轨光谱定标方法。分别利用光谱匹配法和大气校正法，实现超光谱成像仪的光谱定标；定量化分析了图像均匀性、地表类型对光谱定标结果的影响，并给出了超光谱成像仪时间序列光谱定标结果。课题研究成果对于完善光谱定标理论方法，实现高光谱载荷的在轨光谱定标，提高国产高光谱数据质量，具有重要的理论意义和实际应用价值。