基于高光谱数据的交叉定标光谱特性差异订正

Cross-calibration has become a research focus of radiometric calibration. Spectral matching factor is a key element of cross-calibration. Spectral characteristic differences between the different sensors are the main factor of uncertainty elements affecting spectral matching. Therefore, correction of differences in spectral response function(SRF) is vital to cross calibration. Higher spectral resolution of the hyperspectral sensor making it has advantages in the spectral matching algorithm. But the spectral response curve is usually assumed continuous while it is not. In order to eliminate the differences in SRF, Top of the atmosphere(TOA) reflectance profile is derived from the EO-1/Hyperion data to calculate the spectral matching factor with GF-1/WFV and Terra/MODIS. Correction of spectral matching factor is conducted with continuous TOA reflectance spectral profiles simulated by radiative transfer model and model the corrections with atmospheric conditions, observation and imaging geometry factors. Finally, field measured data and other sensors with high accuracy calibration are used to carry out the validation of the results.

交叉定标是当前国内外辐射定标研究的热点之一。光谱匹配因子是交叉定标的关键要素。不同传感器间的光谱特性差异是影响光谱匹配因子的不确定性的主要因素。因此，对于光谱特性差异的订正是交叉定标的研究热点。由于高光谱分辨率传感器的特点，使得其在光谱匹配算法中较传统交叉定标方法中的光谱匹配具有一定优势，但通常假定高光谱数据的光谱响应曲线是连续的。通过EO-1/Hyperion高光谱数据提取研究区域的大气层顶（TOA）反射率廓线，对GF-1/WFV和Terra/MODIS对应通道进行光谱匹配，以修正WFV和MODIS两传感器的光谱响应差异。针对Hyperion光谱非连续性，通过辐射传输模型模拟的连续谱TOA反射率廓线对光谱匹配因子进行订正，并建立光谱匹配订正项与辐射传输中关键的大气、观测和成像几何等影响因子的函数关系模型。最后，利用场地实测数据及其它具有高定标精度的传感器观测数据开展定标结果的真实性检验。

交叉定标是当前国内外辐射定标研究的热点之一。光谱匹配因子是交叉定标的关键要素。不同传感器间的光谱特性差异是影响光谱匹配因子的不确定性的主要因素。因此，对于光谱特性差异的订正是交叉定标的研究热点。由于高光谱分辨率传感器的特点，使得其在光谱匹配算法中较传统交叉定标方法中的光谱匹配具有一定优势。本项目采用HJ1A HSI高光谱数据提取研究区域的大气层顶（TOA）反射率数据，对GF-1 WFV和Landsat 8 OLI传感器的对应通道进行光谱匹配，以修正WFV和OLI两传感器的光谱响应差异。同时，利用内蒙古达里湖和其附近的贡格尔草地的场地实测连续光谱数据作为输入，通过MDOTRAN辐射传输模型软件模拟TOA反射率，对GF-1 WFV和Landsat 8 OLI传感器的光谱匹配因子进行订正。两种算法对应的光谱匹配因子计算所得的交叉定标结果不确定度小于3%（针对WFV波段1至3）。由于达里湖水体反射率低且WFV与OLI的在近红外波段（WFV波段4）的光谱响应函数差异较大，因此该波段的光谱匹配因子误差最大。.本项目同时针对GF-1 WFV和Terra MODIS进行了交叉定标方法研究，通过统计GF-1 WFV发射以来在敦煌试验场的成像条件，WFV及MODIS观测天顶角较大的概率较高，使得地表反射率方向特性的影响显著，这为交叉定标引入的误差较大。研究利用MODIS TOA反射率数据构建的敦煌场地BRDF数据进行交叉定标系数订正，提高了WFV及MODIS交叉定标精度，为提高国产陆地卫星交叉定标的频次和精度提供了技术支持。