[发明专利]一种基于海洋区域再分析资料的卫星红外载荷定标方法

权利要求书

1.一种基于海洋区域再分析资料的卫星红外载荷定标方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：基于卫星运行及红外载荷观测的地表规律，确定感兴趣的时间段与空间区域条件；

S2：将感兴趣的时间段与空间区域条件作为检索条件，从卫星红外载荷相应的遥感影像数据服务系统筛选出待定标的红外影像数据集；

S3：逐景从待定标的红外影像数据集中筛选出包含无云、均匀海洋区域的影像作为初步影像；同时，分别对各景初步影像进行格网划分，其中，格网的大小与再分析资料中的地表数据分辨率和大气数据分辨率的较小值相同；

S4：对每一景初步影像，根据初步影像中各像元与各格网的经纬度信息确定像元与网格之间的包含关系，并根据所述包含关系筛选出感兴趣格网，其中，感兴趣格网包含的像元均为无云、均匀海洋像元；

S5：获取各景初步影像包含的感兴趣格网在卫星红外载荷的红外波段影像中对应的亮度值；

S6：分别根据各景初步影像包含的感兴趣格网的经纬度信息与卫星成像时间，从再分析数据库中进行空间匹配和时间匹配，提取出对应空间范围、时间范围的地表数据集与大气参数数据集，并分别对各景初步影像对应的地表数据集与大气参数数据集进行空间聚合以及时间插值，得到与所述待定标的红外影像数据集相对应的再分析资料数据集；

S7：基于所述再分析资料数据集，利用大气辐射传输模型计算卫星红外载荷入瞳处红外波段的等效辐亮度L_TOA；

S8：采用最小二乘法分别对所有感兴趣格网在红外波段影像中对应的亮度值与等效辐亮度L_TOA进行拟合，得到红外波段的定标增益系数gain与定标偏移系数Bias如下：

L_TOA＝Gain·DN+Bias

其中，DN为红外波段下所有感兴趣格网的亮度值的集合。

2.如权利要求1所述的一种基于海洋区域再分析资料的卫星红外载荷定标方法，其特征在于，步骤S3中所述的初步影像的获取方法如下：

S31：根据各待定标的红外影像中各像元的经纬度信息与全球海陆框架经纬度数据集，分别判断各像元的海陆属性，得到各景待定标的红外影像对应的二值化海陆区域掩膜矩阵；

S32：将各待定标的红外影像与各自对应的二值化海陆区域掩膜矩阵相乘，得到海陆影像，同时，利用卫星近红外波段的观测数据分别计算各海陆影像中各像元的大气层顶表观反射率ρ_TOA；

S33：根据ρ_TOA对海陆影像中的海洋区域进行云层和海洋的分割，其中，对于任一像元，若其ρ_TOA小于设定阈值，则该像元代表海洋，反之，该像元代表云层，从而得到二值化无云海洋区域掩膜；

S34：将各待定标的红外影像与各自对应的二值化无云海洋区域掩膜矩阵相乘，得到无云海洋影像，分别将无云海洋影像中无云海洋区域的各个像元作为滑窗中心，计算各滑窗内所有像元亮度值的离散系数，将离散系数低于设定阈值的像元记为均匀像元，否则为非均匀像元，得到二值化无云、均匀海洋区域掩膜矩阵；

S35：对二值化无云、均匀海洋区域掩膜矩阵进行形态学膨胀，得到无云、均匀海洋区域膨胀掩膜；

S36：将各待定标的红外影像与各自对应的无云、均匀海洋区域膨胀掩膜相乘，得到初步影像。

3.如权利要求1所述的一种基于海洋区域再分析资料的卫星红外载荷定标方法，其特征在于，每一景初步影像中，各像元与各网格之间的包含关系分别由各像元的中心点的经纬度与各格网四个角点之间的经纬度决定。

4.如权利要求1所述的一种基于海洋区域再分析资料的卫星红外载荷定标方法，其特征在于，各感兴趣格网在卫星红外载荷的红外波段下的亮度值为：各感兴趣格网所包含的所有像元在卫星红外载荷的红外波段下的亮度值均值。

5.如权利要求1所述的一种基于海洋区域再分析资料的卫星红外载荷定标方法，其特征在于，步骤S7所述卫星红外载荷入瞳处红外波段的等效辐亮度L_TOA的获取方法包括以下步骤：

S71：基于所述再分析资料数据集中的大气廓线参数以及成像时卫星观测几何参数计算卫星成像时目标海域-卫星路径的大气上行总透过率、大气上行辐射以及大气下行辐射；

S72：基于所述再分析资料数据集中的海表温度数据，利用黑体辐射定律计算热红外谱段黑体发射辐射B(λ,T)，计算公式如下：

B(λ,T)＝2·h·c²/(λ⁵·e^hc/λKT-1)

其中，h为普朗克常数，c为光速，λ为波长，e为自然对数的底，K为玻尔兹曼常数，T为黑体温度；

S73：利用热红外波段卫星观测地表接收的单色辐亮度计算公式，获取卫星红外载荷的入瞳辐亮度L_TOA(λ)，计算公式如下：

L_TOA(λ)＝ρ_ocean·B(λ,T)·τ+L_up(λ)+L_down(λ)·(1-ρ_ocean)

其中，ρ_ocean为海水发射率，τ为大气上行总透过率，L_up(λ)为大气上行辐射，L_down(λ)为大气下行辐射；

S74：根据所述入瞳辐亮度L_TOA(λ)及卫星红外载荷的光谱响应函数，计算卫星红外载荷入瞳处红外波段的等效辐亮度L_TOA，计算公式为：

其中，S(λ)为卫星红外载荷在红外波段下的光谱响应函数，λ₁与λ₂分别为光谱响应函数中红外波段覆盖光谱范围的最小值、最大值。