[发明专利]一种静止卫星红外高光谱仪的观测仿真方法

权利要求书

1.一种静止卫星红外高光谱仪的观测仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，根据真实的像元位置信息，利用RTTOV快速辐射传输模式得到模拟的入瞳能量，并利用普朗克函数，计算得到相应的亮温BT_0；

S2，根据奈奎斯特采样定理和静止卫星红外高光谱仪的激光采样频率，计算入瞳能量经过仪器采样后得到的理想干涉图I，经傅里叶变换后得到理想光谱B，并通过普朗克函数得到相应的理想亮温BT_1；

S3，在理想光谱B的基础上，加入自切趾矩阵，得到具有离轴效应的干涉图I_lz、光谱图B_lz和亮温BT_2；所述自切趾矩阵为根据静止卫星红外高光谱仪的仪器参数，计算得到，具体包括：

根据静止卫星红外高光谱仪的真实物理参数，计算每个探元的中心坐标(x_c，y_c)，结合探元的长宽A和D，得到方形探元四个角点到焦平面中心的距离，并按照距离远近分别记为r_min、r_c1、r_c2和r_max，r_min是焦平面中心到探元左下角点的距离，r_max是焦平面中心到探元右上角点的距离，r_c1和r_c2是焦平面中心到左上角点和右下角点的距离，由于探元在焦平面上的位置不同，r_c1与r_c2的大小会发生改变，线型函数表征了探元的光谱响应，定义为焦平面上探元所截圆弧对应张角的归一化，表示如下：

其中，α₁指探元所截圆弧与y轴的夹角，α₂指探元所截圆弧与x轴的夹角；设r_c1r_c2，探元的线型函数表示为分段函数：

由于光程差有限，实际的干涉图相对于无限光程的干涉图形式上表现为乘以矩形截断函数，光谱上表现为与sinc函数的卷积，ILS与sinc函数构成了自切址矩阵SA：

SA＝ILS*sinc (9)

S4，基于输入光强与输出光强呈二次非线性关系，计算具有非线性影响的干涉图I_lz_nl和光谱图B_lz_nl和亮温BT_3；具体包括：

干涉图I_lz_nl包括直流信号V和交流信号I，由于输入光强与输出光强呈二次非线性关系，输入信号记为理想信号，用V_i和I_i表示，输出信号为实际测量信号，用V_m和I_m表示，表示如下：

V_i+I_i＝V_m+I_m+a₂(V_m+I_m)² (12)

对上式变换形式，得到实际测量光强的表达式：

V_m+I_m＝V_i+I_i-a₂(V_m+I_m)² (13)

去除上式两边的直流分量，则上式化简为：

I_m＝I_m-2a₂I_i·V_i-a₂I_i² (14)

其中，a₂为初始非线性系数，基于公式14可求出含有非线性影响的干涉图I_lz_nl和光谱图B_lz_nl:

I_lz_nl＝I_lz-2α₂·I_lz·V-α₂·I_lz² (15)

其中I_lz为模拟的含离轴效应的干涉图，V为对应的直流信号；

S5，选择小波数段估算非线性系数，计算非线性校正后的干涉图、光谱图和亮温BT_4；

S6，基于自切趾矩阵的逆矩阵，对非线性影响校正后的干涉图、光谱图和亮温BT_4进行离轴校正，得到经过非线性校正和离轴校正的干涉图I_cnl_clz、光谱图B_cnl_clz和亮温BT_5；用校正后的亮温BT_5与理想亮温BT_1进行对比分析，通过亮温差表征仿真过程的可靠性。