[发明专利]月基对地观测平台热红外传感器成像模拟方法

权利要求书

1.一种月基对地观测平台热红外传感器成像模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取MODIS月合成地表发射率、地表温度、观测时间、NOAA提供的全球数字高程数据；

步骤2：计算本初子午线整点时刻全球各地对应的当地太阳时；

步骤3：计算一天中任意时刻地表温度，根据步骤2中计算得出的某一时刻全球各地对应的当地太阳时，通过日变化模型计算出对应时刻的地表温度，得到该时刻全球地表温度空间分布数据；

步骤4：根据星历数据通过计算月球高度角获得月基对地观测平台热红外传感器观测区域二值影像；

步骤5：将步骤3中计算得到的某一时刻全球地表温度空间分布数据与步骤4中计算出的对应时刻的月基对地观测平台热红外传感器观测区域二值影像相乘获取观测范围内的地表温度空间分布；

步骤6：通过大气辐射传输模型MODTRAN模型计算出月基对地观测平台热红外传感器入瞳处辐射亮度；

步骤7：计算到达月基对地观测平台热红外传感器面元的热红外辐射通量E；

步骤8：计算得到月基对地观测平台热红外波段灰度影像。

2.根据权利要求1所述的月基对地观测平台热红外传感器成像模拟方法，其特征在于：在步骤1之前还包括对MODIS数据中地表温度和地表发射率中的低质量或者无效数据进行筛选过滤，高质量或有效地表温度数据的判定条件为(式1)-(式4)：

GP1＝((QC≤1)or(16≤QC≤17)or(64≤QC≤65)or(80≤QC≤81))

(式1)

GP2＝(LST1＜LST2＞LST3＞LST4) (式2)

GP3＝(T4＜T1＜T2＜T3) (式3)

GP＝((GP1＝1)and(GP2＝1)and(GP3＝1)) (式4)

其中，GP1表示MODIS地表温度数据质量判定结果；GP2表示MODIS四个时相地表温度的日变化规律判定结果，其中LST1、LST2、LST3、LST4分别表示四个时相地表温度；GP3表示MODIS四个时相地表温度获取时间的先后顺序，其中T1、T2、T3、T4分别表示四个时相地表温度获取时间；QC表示MODIS数据的质量控制文件；GP表示最终筛选出的高质量或者有效的像元。

3.根据权利要求2所述的月基对地观测平台热红外传感器成像模拟方法，其特征在于：该步骤中还包括通过MODIS地表温度的筛选结果对MODIS地表温度影像、发射率影像、观测时间影像及NOAA提供的全球数字高程数据进行掩膜，MODIS地表温度筛选结果为二值影像，即有效像元用1表示，无效象元用0表示，以此作为掩膜基准影像，分别与MODIS地表温度影像、发射率影像、观测时间影像及NOAA提供的全球数字高程数据相乘，最终得到有效地表温度像元所对应的地表温度值、地表发射率、观测时间及其高程数值。

4.根据权利要求1所述的月基对地观测平台热红外传感器成像模拟方法，其特征在于：步骤7利用以下公式计算到达传感器面元的热红外辐射通量:

式中F＝f₀/D，为传感器光学系统F数，D为传感器光学系统的有效孔径，f₀是传感器光学系统的有效焦距，τ是光学系统的总透过率，L_s入瞳处辐射亮度，cos⁴α是光学系统导致的成像阴影效应，α是红外焦平面上探测象元与中心轴线之间的夹角。

5.根据权利要求4所述的月基对地观测平台热红外传感器成像模拟方法，其特征在于：α可通过以下公式计算得到

式中d_x,d_y分别表示探测元之间的垂直和水平间距，m,n分别为探测器阵列行列数，即探测器成像尺寸，i,j分别为探测元在探测器阵列中的行列号，α_ij为探测器阵列中第i行第j列探测元所对应的α角。

6.根据权利要求1所述的月基对地观测平台热红外传感器成像模拟方法，其特征在于：步骤8利用以下公式计算得到月基对地观测平台热红外波段灰度影像；

NearestInteger[]为取整运算函数，E代表某个象元的辐射通量，E_min观测范围内单个象元辐射通量最小值，E_max观测范围内单个象元辐射通量最大值，r代表红外成像系统A/D采样位数。