专利名称：气象卫星光学遥感器二维点扩散函数处理方法
技术领域：
本发明涉及气象卫星光学遥感器二维点扩散函数的处理方法，属于气象技术领域。
背景技术：
在当前全球气候变化、灾害性极端天气事件频发的大背景下，如何充分发挥星载观测，尤其是气象卫星装载的光学遥感器的高品质观测数据，是实现短临天气预报、中短期气候预测等气象防灾减灾的重要观测保障之一，并日益发挥着巨大的社会和经济效益。气象卫星是天基气象观测手段的核心，是气象要素综合观测系统的重要组成部分。对于气象卫星而言，需要重点探测的气象要素包括在特定时间和空间尺度上，大气温度、湿度垂直分布，云、水体(含海洋、湖泊等)、地表等目标在不同谱段内辐射信息及其相对变化特征等。对于光学遥感器而言，一方面，在不同的探测波段上，遥感器接收到的目标辐射可能来自于目标自身的发射辐射或目标反射的太阳辐射，或二者兼而有之，探测结果将作为辨识、分析目标特性的重要依据；另一方面，观测目标在空间上总是有一定的大�。易陨硖匦砸步媸奔溆幸欢ǖ谋浠饩途龆艘８衅餍枰诤鲜实氖奔浜涂占涑叨壬隙阅勘杲泄鄄猓瓷杓坪鲜实氖奔浞直媛屎涂占浞直媛�。例如，对于以监视日常天气变化为主的静止轨道气象卫星而言，其时间分辨率通常在IOtl-1O1分钟量级；对于以监测大尺度/全球气候与环境变化为主的极地轨道气象卫星而言，其时间分辨率通常在数小时到天量级。同时，空间分辨率的选取通常与目标的空间变化特性有关。例如，对于大气温度和湿度等气象要素，通常在IOtl-1O1公里范围内可认为是相对均匀的，因此，以探测大气温度和湿度信息为主的遥感器，其空分辨率选择在10公里左右较为常见。对于云、地表等目标的探测，由于目标细节变化丰富，综合考虑应用与技术实现约束等条件，空间分辨率常选择在IO2-1O3米量级。遥感器的空间分辨率，表征了仪器对目标在空间尺度上变化特性的刻画能力。简单的来说，空间分辨率越高(即可辨识的目标空间距离越小)，以成像型遥感器为例，其观测图像的细节就越丰富。然而，实际经验表明，即使两个遥感器具有相同的空间分辨率，当观测相同目标时，获得的观测数据/图像质量(如清晰度等)也可能存在差异，这其中的原因主要是不同遥感器的空间响应特性(或称为点扩散函数，Point Spread Function, PSF)不一致。当前，随着国内外众多气象卫星的成功发射以及所装载的遥感器稳定运行，综合应用不同遥感器数据的迫切性越发显得突出。这其中，如何有效抑制不同遥感器间PSF带来的观测差异，是多源卫星观测数据应用面临的重要挑战之一。为了实现这一目标，首先需要在轨准确的评价或测量PSF的空间分布。以气象卫星为例，其主流光学遥感器仍然采用单元或多元探测器。为了实现对大范围地球目标的观测，一般都采用扫描方式来实现。虽然遥感器的PSF有明显的二维分布，但由于米用了扫描成像方式，不同方向(如扫描方向及其垂直方向)上的空间米样和时间间隔存在较大差异，因此，认为PSF在二维方向上各向同性是不够准确的。实际应用中，通常分别计算两个方向，一般取扫描方向和垂直于扫描方向(即卫星飞行方向或观测区域改变方向)，分别计算在两个方向上的一维PSF。同时，在假定两个方向上PSF正交条件下，利用简单的矢量相乘，获得二维PSF分布特性。应用表明，采用经典的维纳滤波方法，若利用以上获得的二维PSF来改善观测数据质量，将在目标变化剧烈的地方出现复原结果异常，这其中的主要原因是由上述方法所获得的PSF在二维空间分布上存在显著的不连续点。为此，本发明将提出新的二维PSF构造方法，解决由简单矢量相乘来构造二维PSF引起的空间分布不连续问题，为气象卫星观测定量化应用奠定基础。
发明内容
本发明的目的是提出一种气象卫星光学遥感器二维点扩散函数(PSF)的处理方法。在新定义的极坐标系内，利用在两个相互垂直方向上的已知一维PSF，按照沿极角和极轴两个方向上的嵌套一维插值，得到光学遥感器二维PSF分布，在确保已知方向上PSF信息不丢失的前提下，获得在空间上分布连续、光滑的PSF估计结果。本发明提出的气象卫星光学遥感器二维PSF处理方法，包括以下步骤(I)将两个已知的相互垂直方向上的一维PSF所在方向，分别记为水平⑶方向和垂直方向(V),将两个一维PSF分布的中心重合并记为原点,建立直角坐标系H0V。同时，以直角坐标系HOV的原点为新建立的极坐标系的原点，+H方向为极轴变化的正方向，+H到+V沿逆时针转动的方向为极角变化的正方向，建立极坐标系(r，Θ)。所建直角坐标系HOV和极坐标系Cr, Θ )如图2所示；(2)将两个己知方向上的一维PSF，在直角坐标系内记为PSFid (h)和PSF 1D( V)，则二者在上述定义的极坐标系下可表示为
权利要求
1.ー种气象卫星光学遥感器ニ维点扩散函数处理方法，其特征在于该方法包括如下步骤 (1)将两个已知的相互垂直方向上的ー维PSF所在方向，分别记为水平(H)方向和垂直方向(V),将两个ー维PSF分布的中心重合并记为原点,建立直角坐标系HOV ;同时，以直角坐标系HOV的原点为新建立的极坐标系的原点，+H方向为极轴变化的正方向，+H到+V沿逆时针转动的方向为极角变化的正方向，建立极坐标系(r，0)，所建直角坐标系HOV和极坐标系Cr，0 )如图2所示。
(2)将两个已知方向上的ー维PSF，在直角坐标系内记为PSFid(h)和PSFid(V),则二者在上述定义的极坐标系下可表示为
2.如权利要求1所述的ニ维PSF处理方法，其特征在于构建ニ维PSF过程是通过两次ー维插值过程来实现的，且这两次一维插值是按顺序、嵌套方式进行的，即在沿极轴进行插值的过程中，需要利用沿极角插值的結果。
3.如权利要求2所述的ニ维PSF处理方法，其特征在于所利用的一维插值方法可以采用不等间距的Akima方法，且广泛适用于气象卫星光学遥感器的应用。
全文摘要
本发明涉及一种气象卫星光学遥感器二维点扩散函数(PSF)的处理方法，属于气象技术领域。在新定义的极坐标系内，利用在两个相互垂直方向上的己知一维PSF，按照沿极角和极轴两个方向上的嵌套一维插值，得到光学遥感器二维PSF分布，在确保已知方向上PSF信息不丢失的前提下，获得在空间上分布连续、光滑的PSF估计结果。经复原处理后，可以获得图像质量更为清晰的观测目标信息，从而可进一步提高了气象应用的准确性。
文档编号G01S7/48GK103033803SQ20121042266
公开日2013年4月10日 申请日期2012年10月30日 优先权日2012年10月30日
发明者郭强 申请人:国家卫星气象中心
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