本發(fā)明屬于衛(wèi)星遙感，涉及一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測數(shù)據(jù)反演方法。

背景技術：

1、全球溫室氣體遙感探測已成為科學及應用的重點研究領域。溫室氣體探測主要采用光學高光譜成像體制，包括光柵分光、傅里葉干涉、f-p干涉等。目前在軌和在研的多類溫室氣體高光譜探測載荷采用打點或推掃形式實現(xiàn)對區(qū)域和局部的氣體探測。典型的sciamachy載荷，可實現(xiàn)co2等溫室氣體探測，載荷重量198kg，功耗122w。隨著大規(guī)模高密度星座發(fā)展，輕小型高集成載荷平臺設計成為微小衛(wèi)星技術趨勢，因此傳統(tǒng)成像模式和體制的載荷重量大、功耗高且不適用于溫室氣體探測微小衛(wèi)星的研制和應用一體化發(fā)展。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提出一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測數(shù)據(jù)反演方法，基于溫室氣體強弱吸收線光譜特征，采取探測器焦平面分割形式，雙相機實現(xiàn)同區(qū)域差分吸收和反演，用于指導溫室氣體探測微納衛(wèi)星載荷的設計。

2、本發(fā)明解決技術的方案是：

3、一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測數(shù)據(jù)反演方法，包括：

4、搭建光學系統(tǒng)，包括衛(wèi)星平臺、相機1和相機2；相機1和相機2安裝在衛(wèi)星平臺的底部；

5、光學系統(tǒng)水平從左至右移動，實現(xiàn)對地面的溫室氣體水平推掃，獲得雙相機融合成像；

6、采用雙相機差分吸收光譜算法對雙相機融合成像進行反演計算，獲得溫室氣體柱濃度。

7、在上述的一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測數(shù)據(jù)反演方法，衛(wèi)星平臺水平設置；相機1和相機2軸向平行安裝，且相機1和相機2的光軸均垂直指向地面；相機1和相機2的視場在地面重合。

8、在上述的一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測數(shù)據(jù)反演方法，所述相機1和相機2鏡像設置；實現(xiàn)相機1的成像譜段沿推掃正方向至推掃負方向為從弱吸收譜段到強吸收譜段；相機2的成像譜段沿推掃正方向至推掃負方向為從強吸收譜段到弱吸收譜段。

9、在上述的一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測數(shù)據(jù)反演方法，采用雙相機差分吸收光譜算法對成像進行反演計算的具體方法為：

10、s1、從雙相機融合成像的探測光譜中提取差分吸收光譜；

11、s2、對差分吸收光譜進行擬合，獲得溫室氣體柱濃度。

12、在上述的一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測數(shù)據(jù)反演方法，所述s1中，差分吸收光譜的提取方法為：

13、設定太陽光源的發(fā)射光譜為i0(λ)；光學系統(tǒng)接收的經(jīng)過大氣吸收的光譜為i(i,λ)；i為空間維序號；

14、計算i(i,λ)與i0(λ)之比的自然對數(shù)r(i,λ)；r(i,λ)＝σ(i,λ)cil+p(i,λ)；其中，σ(i,λ)cil為差分吸收光譜；p(i,λ)為由氣體窄帶對光譜強度吸收、氣溶膠的瑞利散射和米散射引起的消光；

15、采用多項式擬合的方法消除比值光譜r(i,λ)中的p(i,λ)；

16、消除p(i,λ)后，r(i,λ)的差分光譜記為a(i,λ)，a(i,λ)＝σ(i,λ)cil。

17、在上述的一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測數(shù)據(jù)反演方法，所述光學系統(tǒng)接收的經(jīng)過大氣吸收的光譜i(i,λ)為機1和相機2在第i個空間維探測光譜的整合，同時包含強吸收譜段和弱吸收譜段。

18、在上述的一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測數(shù)據(jù)反演方法，差分吸收光譜σ(i,λ)cil中，σ(i,λ)為溫室氣體的標準差分吸收截面，表明單位濃度的氣體在單位長度上對光強的吸收；ci為待求解的第i個空間維的溫室氣體柱濃度；l表示光程，即已知的軌道高度；l為光程，即已知的軌道高度。

19、在上述的一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測數(shù)據(jù)反演方法，所述差分吸收光譜σ(i,λ)cil相比與由氣體窄帶對光譜強度吸收、氣溶膠的瑞利散射和米散射引起的消光p(i,λ)隨波長變化較快。

20、在上述的一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測數(shù)據(jù)反演方法，對比值光譜r(i,λ)進行多項式擬合得擬合曲線，該擬合曲線將光譜中的慢變化，包括大氣分子的寬帶吸收,瑞利散射和米散射以及低頻的背景干擾和系統(tǒng)噪聲減去，剩下的即為差分光譜a(i,λ)。

21、在上述的一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測數(shù)據(jù)反演方法，所述s2中，對差分吸收光譜進行擬合的具體方法為：

22、將差分吸收光譜a(i,λ)與氣體分子的差分吸收截面σ(i,λ)擬合，反演得到第i個空間維的溫室氣體柱濃度ci。

23、本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的有益效果是：

24、(1)本發(fā)明公開了一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測載荷成像模式設計，載荷具有輕小型特征，適用于微納衛(wèi)星搭載配置；

25、(2)本發(fā)明公開了一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測載荷成像模式設計，雙相機可實現(xiàn)同一區(qū)域強弱譜線差分吸收，便于數(shù)據(jù)反演和應用；

26、(3)本發(fā)明在數(shù)據(jù)處理時，采用雙相機差分吸收光譜算法，實現(xiàn)溫室氣體柱濃度的反演計算。

技術特征：

1.一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測數(shù)據(jù)反演方法，其特征在于：包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測數(shù)據(jù)反演方法，其特征在于：衛(wèi)星平臺水平設置；相機1和相機2軸向平行安裝，且相機1和相機2的光軸均垂直指向地面；相機1和相機2的視場在地面重合。

3.根據(jù)權利要求2所述的一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測數(shù)據(jù)反演方法，其特征在于：所述相機1和相機2鏡像設置；實現(xiàn)相機1的成像譜段沿推掃正方向至推掃負方向為從弱吸收譜段到強吸收譜段；相機2的成像譜段沿推掃正方向至推掃負方向為從強吸收譜段到弱吸收譜段。

4.根據(jù)權利要求3所述的一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測數(shù)據(jù)反演方法，其特征在于：采用雙相機差分吸收光譜算法對成像進行反演計算的具體方法為：

5.根據(jù)權利要求4所述的一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測數(shù)據(jù)反演方法，其特征在于：所述s1中，差分吸收光譜的提取方法為：

6.根據(jù)權利要求5所述的一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測數(shù)據(jù)反演方法，其特征在于：所述光學系統(tǒng)接收的經(jīng)過大氣吸收的光譜i(i,λ)為機1和相機2在第i個空間維探測光譜的整合，同時包含強吸收譜段和弱吸收譜段。

7.根據(jù)權利要求5所述的一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測數(shù)據(jù)反演方法，其特征在于：差分吸收光譜σ(i,λ)cil中，σ(i,λ)為溫室氣體的標準差分吸收截面，表明單位濃度的氣體在單位長度上對光強的吸收；ci為待求解的第i個空間維的溫室氣體柱濃度；l表示光程，即已知的軌道高度；l為光程，即已知的軌道高度。

8.根據(jù)權利要求7所述的一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測數(shù)據(jù)反演方法，其特征在于：所述差分吸收光譜σ(i,λ)cil相比與由氣體窄帶對光譜強度吸收、氣溶膠的瑞利散射和米散射引起的消光p(i,λ)隨波長變化較快。

9.根據(jù)權利要求8所述的一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測數(shù)據(jù)反演方法，其特征在于：對比值光譜r(i,λ)進行多項式擬合得擬合曲線，該擬合曲線將光譜中的慢變化，包括大氣分子的寬帶吸收,瑞利散射和米散射以及低頻的背景干擾和系統(tǒng)噪聲減去，剩下的即為差分光譜a(i,λ)。

10.根據(jù)權利要求4所述的一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測數(shù)據(jù)反演方法，其特征在于：所述s2中，對差分吸收光譜進行擬合的具體方法為：

技術總結
本發(fā)明涉及一種溫室氣體強弱吸收線交疊的遙感探測數(shù)據(jù)反演方法，屬于衛(wèi)星遙感技術領域；具體包括如下步驟：步驟一、搭建光學系統(tǒng)，包括衛(wèi)星平臺、相機1和相機2；相機1和相機2安裝在衛(wèi)星平臺的底部；相機1和相機2鏡像設置；實現(xiàn)相機1的成像譜段沿推掃正方向至推掃負方向為從弱吸收譜段到強吸收譜段；相機2的成像譜段方向相反；光學系統(tǒng)水平從左至右移動，實現(xiàn)對地面的溫室氣體水平推掃，獲得雙相機融合成像；采用雙相機差分吸收光譜算法對雙相機融合成像進行反演計算，獲得溫室氣體柱濃度；本發(fā)明基于溫室氣體強弱吸收線光譜特征，采取探測器焦平面分割形式，雙相機實現(xiàn)同區(qū)域差分吸收和反演，用于指導溫室氣體探測微納衛(wèi)星載荷的設計。

技術研發(fā)人員：王超,吳海玲,姚舜,朱軍
受保護的技術使用者：航天東方紅衛(wèi)星有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9