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成像光谱仪星上光谱定标的数据处理

张军强 邵建兵 颜昌翔 吴清文 陈伟

张军强, 邵建兵, 颜昌翔, 吴清文, 陈伟. 成像光谱仪星上光谱定标的数据处理[J]. 中国光学, 2011, 4(2): 175-181.
引用本文: 张军强, 邵建兵, 颜昌翔, 吴清文, 陈伟. 成像光谱仪星上光谱定标的数据处理[J]. 中国光学, 2011, 4(2): 175-181.
ZHANG Jun-qiang, SHAO Jian-bing, YAN Chang-xiang, WU Qing-wen, CHEN Wei. Data processing of on-orbit spectral calibration of space-borne high resolution imaging spectrometer[J]. Chinese Optics, 2011, 4(2): 175-181.
Citation: ZHANG Jun-qiang, SHAO Jian-bing, YAN Chang-xiang, WU Qing-wen, CHEN Wei. Data processing of on-orbit spectral calibration of space-borne high resolution imaging spectrometer[J]. Chinese Optics, 2011, 4(2): 175-181.

成像光谱仪星上光谱定标的数据处理

基金项目: 

国防预研基金资助项目(No.O5001SA050)

详细信息
    作者简介:

    张军强(1981—),男,江苏泰州人,助理研究员,博士研究生,主要从事空间光学遥感仪器研制方面的研究。 E-mail:zjq1981_81@163.com 邵建兵(1984—),男,浙江金华人,研究实习员,主要从事空间光学遥感技术方面的研究。 E-mail:sjjq10111@163.com 颜昌翔(1973—),男,湖北洪湖人,博士后,研究员,主要从事空间光学遥感技术方面的研究。 E-mail:yancx@ciomp.ac.cn 吴清文(1968—),男,四川简阳人,博士生导师,研究员,主要从事光学精密仪器CAD/CAE研究和空间光学遥感器热控技术方面的研究。E-mail:wuqw@ciomp.ac.cn 陈 伟(1963—),女,浙江宁波人,工程师,主要从事航天遥感器研制相关的文档管理工作。

    张军强(1981—),男,江苏泰州人,助理研究员,博士研究生,主要从事空间光学遥感仪器研制方面的研究。 E-mail:zjq1981_81@163.com 邵建兵(1984—),男,浙江金华人,研究实习员,主要从事空间光学遥感技术方面的研究。 E-mail:sjjq10111@163.com 颜昌翔(1973—),男,湖北洪湖人,博士后,研究员,主要从事空间光学遥感技术方面的研究。 E-mail:yancx@ciomp.ac.cn 吴清文(1968—),男,四川简阳人,博士生导师,研究员,主要从事光学精密仪器CAD/CAE研究和空间光学遥感器热控技术方面的研究。E-mail:wuqw@ciomp.ac.cn 陈 伟(1963—),女,浙江宁波人,工程师,主要从事航天遥感器研制相关的文档管理工作。

    张军强(1981—),男,江苏泰州人,助理研究员,博士研究生,主要从事空间光学遥感仪器研制方面的研究。 E-mail:zjq1981_81@163.com 邵建兵(1984—),男,浙江金华人,研究实习员,主要从事空间光学遥感技术方面的研究。 E-mail:sjjq10111@163.com 颜昌翔(1973—),男,湖北洪湖人,博士后,研究员,主要从事空间光学遥感技术方面的研究。 E-mail:yancx@ciomp.ac.cn 吴清文(1968—),男,四川简阳人,博士生导师,研究员,主要从事光学精密仪器CAD/CAE研究和空间光学遥感器热控技术方面的研究。E-mail:wuqw@ciomp.ac.cn 陈 伟(1963—),女,浙江宁波人,工程师,主要从事航天遥感器研制相关的文档管理工作。

    张军强(1981—),男,江苏泰州人,助理研究员,博士研究生,主要从事空间光学遥感仪器研制方面的研究。 E-mail:zjq1981_81@163.com 邵建兵(1984—),男,浙江金华人,研究实习员,主要从事空间光学遥感技术方面的研究。 E-mail:sjjq10111@163.com 颜昌翔(1973—),男,湖北洪湖人,博士后,研究员,主要从事空间光学遥感技术方面的研究。 E-mail:yancx@ciomp.ac.cn 吴清文(1968—),男,四川简阳人,博士生导师,研究员,主要从事光学精密仪器CAD/CAE研究和空间光学遥感器热控技术方面的研究。E-mail:wuqw@ciomp.ac.cn 陈 伟(1963—),女,浙江宁波人,工程师,主要从事航天遥感器研制相关的文档管理工作。

  • 中图分类号: TP73; O433

Data processing of on-orbit spectral calibration of space-borne high resolution imaging spectrometer

  • 摘要: 为了提高仪器光谱定标精度,降低谱线偏移对地物反射光谱数据反演精度的影响(特别是大气吸收峰附近),根据星上光谱定标的特点,介绍了星上光谱定标数据处理的常用方法。通过对实验室光谱定标时两种典型工况的比较,实现了星上定标数据处理算法的地面仿真,验证了算法的可行性,并比较了各自的优缺点。结果表明,基于谱线匹配的标准差法、相关系数法和最小差值法计算精度较高,但计算效率较低;基于多项式拟合的极值法计算精度较低,但是计算效率较其他算法提高1个数量级。用极值法对数据进行预处理,快速确定谱线偏移量,再用谱线匹配算法在小范围内精确计算谱线偏移量,可以在不影响计算精度的前提下提高运算速度,计算精度优于1 nm,满足成像光谱仪星上光谱定标的精度要求。
  • [1] 于斌, 曹召良,禹秉熙. 二元光学透镜在超光谱成像仪中的应用[J]. 光学 精密工程 ,2003,2(11):157-161. YU B,CAO ZH L,YU B X. Application of binary optical lens in hyperspectral imager[J]. Opt. Precision Eng.,2003,2(11):157-161.(in Chinese) [2] GREEN R O. Spectral calibration requirement for earth-looking imaging spectrometers in the solar-reflected spectrum[J]. Appl. Opt.,1998,37(4):683-690. [3] 李晓晖,颜昌翔. 成像光谱仪星上定标技术[J]. 中国光学与应用光学 ,2009,2(4):309-315. LI X H,YAN CH X. Onboard calibration technologies for hyper-spectral imager[J]. Chinese J. Opt. and Appl. Opt.,2009,2(4):309-315.(in Chinese) [4] XIONG X,CHIANG K,ESPOSITO J,et al.. MODIS on-orbit calibration and characterization[J]. Metrologia,2003,40:89-92. [5] IMMERMANN G,NEUMANN A,SIIMNICH H,et al.. MOS/PRIROD-an imaging VIS/NIR spectrometer for ocean remote sensing[J]. SPIE,1993,1937:201-206. [6] BLECHINGER F,CHARLTON D E,DAVANCENS R,et al.. High resolution imaging spectrometer(HRIS):optics, focal plane and calibration[J]. SPIE,1993,1937:207-224. [7] BAUDIN G,MATTHEWS S,BESSUDO R,et al.. Medium Resolution Imaging Spectrometer(MERIS) calibration sequence[J]. SPIE,1996,2819:141-240. [8] LABANDIBAR J Y,BAUDIN G,BAILLION Y. ALCATEL-SPACE in hyper/multispectral earth observation programs, from MERIS to SPECTRA[J]. SPIE,2004,5234:232-242. [9] BARRY P S,SHEPANSKI J,SEGAL C. Hyperion on-orbit validation of spectral calibration using atmospheric lines and an on-board system[J]. SPIE,2002,4480:231-235. [10] WERIJ H,KRUIZINGA B,OLIJ C,et al.. Calibration aspects of remote sensing spaceborne spectrometers[J]. SPIE,1996,2820:126-137. [11] CUTTER M A,LOBB D R,WILLIAMS T L,et al.. Integration & testing of the Compact High-Resolution Imaging Spectrometer(CHRIS)[J]. SPIE,1999,3753:180-191. [12] DELWART S,HUOT J P,BOURG L. Calibration and early results of MERIS on ENVISAT[J]. SPIE,2003,4881:337-344. [13] FOLKMAN M,PEARLAMAN J,LIAO L,et al.. EO-1/hyperion hyperspectral imager design, development, characterization, and calibration[J]. SPIE,2001,4151:45-51. [14] GAO B C,MONTES M J,DAVIS C O. A curve-fitting technique to improve wavelength calibrations of Imaging Spectrometer .(2005-04-01) .ftp://popo.jpl.nasa.gov/docs/workshops/02-docs/toc.html. [15] NEVILLE R A,SUN L,STAENZ K. Detection of spectral line curvature in imaging spectrometer data[J]. SPIE,2003,5093:144-154. [16] 宋炳超,刘文清,张玉钧,等. DOAS谱线波长配准存在的问题及解决方法[J]. 量子电子学报 ,2003,17(6):680-684. SONG B CH,LIU W Q,ZHANG Y J,et al.. A method for resolving the spectra shift and squeeze in differential optical absorption spectroscopy[J]. Chinese J. Quantum Electronics,2003,17(6):680-684.(in Chinese) [17] GUANTER L,RICHTER R,MORENO J. Spectral calibration of hyperspectral imagery using atmospheric absorption features[J]. Appl. Opt.,2006,45(10):2360-2370. [18] LIAO L,JARECKE P,GLEICHAUF D,et al.. Performance characterization of the hyperion imaging spectrometer instrument[J]. SPIE,2000,4135:254-263. [19] 卢锷,颜昌翔,吴清文,等. 空间光学遥感器环境适应性设计与实验研究[J]. 中国光学与应用光学 ,2009,2(5):364-376. LU E,YAN CH X,WU Q W,et al.. Research on adaptability of optical remote sensors in mechanical and space thermal environments[J]. Chinese J. Opt. and Appl. Opt.,2009,2(5):364-376.(in Chinese)
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-09-11
  • 修回日期:  2010-11-15
  • 刊出日期:  2011-04-25

成像光谱仪星上光谱定标的数据处理

    基金项目:

    国防预研基金资助项目(No.O5001SA050)

    作者简介:

    张军强(1981—),男,江苏泰州人,助理研究员,博士研究生,主要从事空间光学遥感仪器研制方面的研究。 E-mail:zjq1981_81@163.com 邵建兵(1984—),男,浙江金华人,研究实习员,主要从事空间光学遥感技术方面的研究。 E-mail:sjjq10111@163.com 颜昌翔(1973—),男,湖北洪湖人,博士后,研究员,主要从事空间光学遥感技术方面的研究。 E-mail:yancx@ciomp.ac.cn 吴清文(1968—),男,四川简阳人,博士生导师,研究员,主要从事光学精密仪器CAD/CAE研究和空间光学遥感器热控技术方面的研究。E-mail:wuqw@ciomp.ac.cn 陈 伟(1963—),女,浙江宁波人,工程师,主要从事航天遥感器研制相关的文档管理工作。

    张军强(1981—),男,江苏泰州人,助理研究员,博士研究生,主要从事空间光学遥感仪器研制方面的研究。 E-mail:zjq1981_81@163.com 邵建兵(1984—),男,浙江金华人,研究实习员,主要从事空间光学遥感技术方面的研究。 E-mail:sjjq10111@163.com 颜昌翔(1973—),男,湖北洪湖人,博士后,研究员,主要从事空间光学遥感技术方面的研究。 E-mail:yancx@ciomp.ac.cn 吴清文(1968—),男,四川简阳人,博士生导师,研究员,主要从事光学精密仪器CAD/CAE研究和空间光学遥感器热控技术方面的研究。E-mail:wuqw@ciomp.ac.cn 陈 伟(1963—),女,浙江宁波人,工程师,主要从事航天遥感器研制相关的文档管理工作。

    张军强(1981—),男,江苏泰州人,助理研究员,博士研究生,主要从事空间光学遥感仪器研制方面的研究。 E-mail:zjq1981_81@163.com 邵建兵(1984—),男,浙江金华人,研究实习员,主要从事空间光学遥感技术方面的研究。 E-mail:sjjq10111@163.com 颜昌翔(1973—),男,湖北洪湖人,博士后,研究员,主要从事空间光学遥感技术方面的研究。 E-mail:yancx@ciomp.ac.cn 吴清文(1968—),男,四川简阳人,博士生导师,研究员,主要从事光学精密仪器CAD/CAE研究和空间光学遥感器热控技术方面的研究。E-mail:wuqw@ciomp.ac.cn 陈 伟(1963—),女,浙江宁波人,工程师,主要从事航天遥感器研制相关的文档管理工作。

    张军强(1981—),男,江苏泰州人,助理研究员,博士研究生,主要从事空间光学遥感仪器研制方面的研究。 E-mail:zjq1981_81@163.com 邵建兵(1984—),男,浙江金华人,研究实习员,主要从事空间光学遥感技术方面的研究。 E-mail:sjjq10111@163.com 颜昌翔(1973—),男,湖北洪湖人,博士后,研究员,主要从事空间光学遥感技术方面的研究。 E-mail:yancx@ciomp.ac.cn 吴清文(1968—),男,四川简阳人,博士生导师,研究员,主要从事光学精密仪器CAD/CAE研究和空间光学遥感器热控技术方面的研究。E-mail:wuqw@ciomp.ac.cn 陈 伟(1963—),女,浙江宁波人,工程师,主要从事航天遥感器研制相关的文档管理工作。

  • 中图分类号: TP73; O433

摘要: 为了提高仪器光谱定标精度,降低谱线偏移对地物反射光谱数据反演精度的影响(特别是大气吸收峰附近),根据星上光谱定标的特点,介绍了星上光谱定标数据处理的常用方法。通过对实验室光谱定标时两种典型工况的比较,实现了星上定标数据处理算法的地面仿真,验证了算法的可行性,并比较了各自的优缺点。结果表明,基于谱线匹配的标准差法、相关系数法和最小差值法计算精度较高,但计算效率较低;基于多项式拟合的极值法计算精度较低,但是计算效率较其他算法提高1个数量级。用极值法对数据进行预处理,快速确定谱线偏移量,再用谱线匹配算法在小范围内精确计算谱线偏移量,可以在不影响计算精度的前提下提高运算速度,计算精度优于1 nm,满足成像光谱仪星上光谱定标的精度要求。

English Abstract

张军强, 邵建兵, 颜昌翔, 吴清文, 陈伟. 成像光谱仪星上光谱定标的数据处理[J]. 中国光学, 2011, 4(2): 175-181.
引用本文: 张军强, 邵建兵, 颜昌翔, 吴清文, 陈伟. 成像光谱仪星上光谱定标的数据处理[J]. 中国光学, 2011, 4(2): 175-181.
ZHANG Jun-qiang, SHAO Jian-bing, YAN Chang-xiang, WU Qing-wen, CHEN Wei. Data processing of on-orbit spectral calibration of space-borne high resolution imaging spectrometer[J]. Chinese Optics, 2011, 4(2): 175-181.
Citation: ZHANG Jun-qiang, SHAO Jian-bing, YAN Chang-xiang, WU Qing-wen, CHEN Wei. Data processing of on-orbit spectral calibration of space-borne high resolution imaging spectrometer[J]. Chinese Optics, 2011, 4(2): 175-181.
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