[发明专利]一种静止卫星红外高光谱仪的观测仿真方法

说明书

本发明公开了一种静止卫星红外高光谱仪的观测仿真方法，利用辐射传输模式RTTOV得到入瞳能量与亮温；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，得到理想干涉图和理想光谱图，并计算出理想亮温；在理想光谱图的基础上加入离轴效应，得到含有离轴效应的光谱，经过普朗克函数得到相应的亮温；由于输入光强和输出光强的二次非线性关系，计算得到实际测量含有非线性影响的干涉图和光谱图，并计算得到相应的亮温；在生成的仿真数据的基础上，分别进行非线性校正和离轴校正，并通过对比分析校正后的亮温与理想亮温的误差。本发明提供的静止卫星红外高光谱仪的观测仿真方法，物理过程清晰，方法简单可行，通过误差分析说明了可靠性。

技术领域

本发明涉及红外高光谱干涉仪技术领域，特别是涉及一种静止卫星红外高光谱仪的观测仿真方法。

背景技术

红外高光谱干涉仪的高光谱分辨率使其在大气温湿度廓线的监测上具备明显的优势，对数值天气预报的精度有明显提高。静止轨道的红外高光谱仪能得到频次的观测大气，更是红外高光谱干涉仪发展的重要方向。FY-4A GIIRS是世界上第一台静止轨道红外高光谱干涉仪，FY-4B也将于2020年发射，GIIRS仍是其携带的重要载荷。卫星上天后，由于其环境的变化，仪器的参数会发生变化，造成辐射误差，降低大气温湿度廓线的反演精度，进而影响数值天气预报的精度。为了更好的对仪器进行在轨监测，结合生成的仿真数据和FY-4AGIIRS的监测经验，更好地预演有可能的在轨状况，能够更好的进行辐射误差分析。为了能够更好更快地从FY-4B仪器在轨状态分析辐射误差变化，进行误差溯源，仿真数据的建立是极其重要的一步。

发明内容

本发明的目的是提供一种静止卫星红外高光谱仪的观测仿真方法，以静止卫星红外高光谱仪仪器真实物理参数为基础，利用辐射传输模式模拟得到真实的入瞳能量，依次考虑仪器的离轴效应和非线性效应，最终得到干涉图数据，并依次进行非线性校正和离轴订正，通过对比入瞳能量和校正后辐亮度，完整刻画仪器的物理过程，物理流程准确清晰，方法简单可行。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种静止卫星红外高光谱仪的观测仿真方法，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；

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；

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。

可选的，所述步骤S2中，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，具体包括：

设静止卫星红外高光谱仪的最大光程差为L，由激光器控制采样，得到是一组离散采样点，满足奈奎斯特采样原理，激光采样间隔为Δx，双边采样的前提下，采样点数N：