本申請涉及光學遙感科學，特別涉及一種可見光波段光譜響應函數反演方法。

背景技術：

1、光譜響應函數是遙感器成像系統的重要參數，也稱為帶通函數、狹縫函數等，它表征了傳感器在不同波長范圍內對輻射的響應特性，與遙感器輻射定標系數密切相關，直接影響觀測到的目標輻射。

2、目前，輻射定標已經取得了相當大的進展，光譜定標的準確性變得越來越重要，可以說在軌光譜定標的精度很大程度上影響著遙感反演產品的質量。當使用不準確的儀器光譜響應函數時，波長標度可能會與真實標度相差百分之幾納米。這種波長尺度上的不確定性可能會引入偽噪聲，進而影響基于光譜信息的算法，從而影響獲取數據的準確性。

3、大部分的光譜輻射計會因為機載光譜校準設備的缺乏而無法在軌期間對光譜進行校準。通常情況下，這些儀器會使用發射前光譜響應函數，即實驗室光譜校準得到的光譜響應函數。在整個使用壽命期間，還會假設光譜響應函數的性能不會發生變化。此外，許多光學遙感設備的監測和飛行校準中發現了光譜響應函數退化的現象。而這一現象很可能是由于儀器老化、空間環境中化學分子污染和衛星儀器的溫度變化等某些因素造成的，已有大量研究表明。

4、綜上所述，由于發射前實驗室設備以及環境等限制，實驗室光譜校準得到的光譜響應函數可能存在不準確的情況。同時，在軌運行期間，光譜響應函數可能會發生退化。這些問題導致光譜響應函數不可靠，無法直接應用。

技術實現思路

1、針對現有技術中的上述不足，本發明提供的一種可見光波段光譜響應函數反演方法解決了由于發射前實驗室設備以及環境等限制，實驗室光譜校準得到的光譜響應函數可能存在不準確的情況；同時，在軌運行期間，光譜響應函數可能會發生退化。這些問題導致光譜響應函數不可靠，無法直接應用的問題。

2、為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案為：一種可見光波段光譜響應函數反演方法，包括：

3、通過數據模擬，獲取衛星在軌光譜響應函數和大氣頂高光譜反射率模擬數據，并通過正向模型計算衛星反射數據；

4、根據衛星反射數據確定反演模型的目標函數；

5、確定反演模型的約束條件；

6、通過線性規劃求解器訓練反演模型，獲得訓練好的反演模型；

7、將大氣頂高光譜反射率數據和衛星反射率值輸入訓練好的反演模型，獲得對應的光譜響應函數。

8、進一步地：衛星在軌光譜響應函數通過退化模擬獲得，大氣頂高光譜反射率模擬數據通過libradtran輻射傳輸模型模擬獲取。

9、進一步地：計算衛星反射數據的表達式為：

10、

11、其中，refm是衛星觀測反射率，s是大氣頂高光譜反射率，rsr表示衛星在軌光譜響應函數，λ表示波段。

12、進一步地：反演模型的目標函數z為：

13、

14、

15、其中，δi表示第i個衛星反射率殘差的絕對值，i的取值范圍是1～m，m表示輸入的大氣頂高光譜反射率數據的組數，refmi表示第i個波段的反射率，rsrλ表示通過反演得到的光譜響應函數，rsrλ0表示衛星發射前實驗室測得的光譜響應函數，v表示能量比例因子。

16、進一步地：反演模型的約束條件包括非負約束、歸一化約束、變異約束和差分約束。

17、進一步地：反演模型的約束條件的表達式為：

18、

19、其中，α表示差分因子，rsrλ(j)表示光譜響應函數第j個采樣點，rsrλ(k)表示光譜響應函數第k個采樣點，為變異大小，n表示該光譜響應函數有n個采樣點。

20、本發明的有益效果為：

21、針對衛星可見光波段，根據衛星的特性，針對多地物目標觀測模擬的大氣頂高光譜反射率數據，使用基于線性規劃的反演算法，充分利用目標衛星充足的先驗信息制定合理的約束，具備良好普適性和魯棒性。

技術特征：

1.一種可見光波段光譜響應函數反演方法，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的可見光波段光譜響應函數反演方法，其特征在于，衛星在軌光譜響應函數通過退化模擬獲得，大氣頂高光譜反射率模擬數據通過libradtran輻射傳輸模型模擬獲取。

3.根據權利要求1所述的可見光波段光譜響應函數反演方法，其特征在于，計算衛星在軌反射數據的表達式為：

4.根據權利要求3所述的可見光波段光譜響應函數反演方法，其特征在于，反演模型的目標函數z為：

5.根據權利要求1所述的可見光波段光譜響應函數反演方法，其特征在于，反演模型的約束條件包括非負約束、歸一化約束、變異約束和差分約束。

6.根據權利要求5所述的可見光波段光譜響應函數反演方法，其特征在于，反演模型的約束條件的表達式為：

技術總結
本發明公開了一種可見光波段光譜響應函數反演方法，包括：通過數據模擬，獲取衛星在軌光譜響應函數和大氣頂高光譜反射率模擬數據，并通過正向模型計算衛星在軌反射數據；根據衛星在軌反射數據確定反演模型的目標函數；確定反演模型的約束條件；通過線性規劃求解器訓練反演模型，獲得訓練好的反演模型；將大氣頂高光譜反射率數據和衛星反射率值輸入訓練好的反演模型，獲得對應的光譜響應函數，本發明針對衛星可見光波段和衛星特性，使用基于線性規劃的反演算法，充分利用目標衛星充足的先驗信息制定合理的約束，得到具備普適性和魯棒性的可見光波段光譜響應函數反演方法。

技術研發人員：曹丹陽,孫凌,葛鑫樂,高磊,于碩博
受保護的技術使用者：北方工業大學
技術研發日：
技術公布日：2025/3/20