Поиск
Найти:
Подписка/отписка
на рассылку новостей
ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 6. С. 213-222

Атмосферная коррекция данных, регистрируемых с борта МКС. Часть I. Методика для спектров

М.Ю. Беляев 1 , Б.И. Беляев 2 , Д.А. Иванов 2 , Л.В. Катковский 2 , А.О. Мартинов 2 , В.В. Рязанцев 1 , Э.Э. Сармин 1 , О.О. Силюк 2 , В.Г. Шукайло 2 
1 Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С. П. Королёва , Королёв, Россия
2 Институт прикладных физических проблем имени А. Н. Севченко Белорусского государственного университета, Минск, Республика Беларусь
Одобрена к печати: 06.10.2018
DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-6-213-222
В работе описана быстрая и достаточно точная методика атмосферной коррекции для спектров в видимой и ближней ИК-области спектра, получаемых фотоспектральной (ФСС) и видеоспектральной (ВСС) системами с борта Международной космической станции (МКС) в рамках космического эксперимента «Ураган». Предложена и описана оптическая модель безоблачной атмосферы, учитывающая наиболее существенные с точки зрения теории переноса излучения процессы трансформации излучения в системе «подстилающая поверхность – атмосфера» и введены соответствующие оптико-физические параметры. В основе предлагаемой атмосферной коррекции лежит определение неизвестных оптических параметров атмосферы и поверхности с использованием зарегистрированных ФСС или ВСС спектров высокого разрешения путём решения обратной задачи атмосферной оптики. Методика основана на предложенных аналитических формулах, с высокой точностью описывающих спектр уходящего излучения системы «атмосфера – подстилающая поверхность» и использующих параметры предложенной оптической модели атмосферы. Решение обратной задачи выполняется методом наименьших квадратов (алгоритм Левенберга – Марквордта) путём фитирования аналитическими формулами. По спектрам излучения, измеренным с борта МКС, находятся параметры атмосферы и спектр альбедо спектрометрируемой области. При этом не используется дополнительная априорная информация о состоянии атмосферы, кроме геометрии, времени и сезона съёмки. Предложенная методика применима практически без изменений к атмосферной коррекции гиперспектральных данных.
Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, спектры, атмосферная коррекция, альбедо поверхности
Полный текст

Список литературы:

  1. Беляев Б. И., Катковский Л. В., РоговецА. В. Восстановление спектров земной поверхности с использованием цветных изображений высокого разрешения // Журн. прикладной спектроскопии. 2013. T. 80. № 1. С. 70–77.
  2. Беляев Б. И., Беляев М. Ю., Десинов Л. В., Катковский Л. В., Крот Ю. А., Сармин Э. Э. (2014а) Результаты испытаний фотоспектральной системы на МКС // Исследование Земли из космоса. 2014. № 6. С. 27–39.
  3. Беляев Б. И., Беляев М. Ю., Десинов Л. В., Катковский Л. В., Сармин Э. Э. (2014б) Обработка спектров и изображений с фотоспектральной системы в космическом эксперименте «Ураган» на МКС // Исследование Земли из космоса. 2014. № 6. С. 54–65.
  4. Беляев Б. И., Беляев М. Ю., Сармин Э. Э., Гyсев В. Ф., Десинов Л. В., Иванов В. А., Крот Ю. А., Мартинов А. О., Рязанцев В. В., Сосенко В. А. Устройство и летные испытания научной аппаратуры «Видеоспектральная система» на борту российского сегмента МКС // Космическая техника и технологии. 2016. № 2(13). С. 70–79.
  5. Васильев А. В., Кузнецов А. Д., Мельникова И. Н. Дистанционное зондирование окружающей среды из космоса: практикум. СПб.: Балтийский гос. техн. ун-т, 2008. 133 с.
  6. Васильев А. В., Кузнецов А. Д., Мельникова И. Н. Аппроксимация многократно рассеянного солнечного излучения в рамках приближения однократного рассеяния // Международный симп. «Атмосферная радиация и динамика». Санкт-Петербург, 23–26 июня 2015. СПб.: Санкт-Петербургский гос. ун-т, 2015. С. 131.
  7. Гинзбург А. С., Мельникова И. Н., Самуленков Д. А., Сапунов М. В., Катковский Л. В. Простая оптическая модель безоблачной и облачной атмосферы для расчета потоков солнечной радиации // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 2. С. 132–149.
  8. Катковский Л. В. Параметризация уходящего излучения для быстрой атмосферной коррекции гиперспектральных изображений // Оптика атмосферы и океана. 2016. Т. 29. № 9. С. 778–784.
  9. Минин И. Н. Приближенные формулы для расчетов поглощения коротковолнового излучения в безоблачной атмосфере // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1984. Т. 20. № 10. С. 999–1001.
  10. Adler-Golden S. M., Matthew M. W., Bernstein L. S., Levine R. Y., Berk A., Richtsmeier S. C., Acharya P. K., Anderson G. P., Feldeb G., Gardner J., Hokeb M., Jeong L. S., Pukall B., Mello J., Ratkowski A., Burke H. H. Atmospheric correction for shortwave spectral imagery based on MODTRAN4 // Proc. SPIE. 1999. V. 3753. DOI: 10.1117/12.366315.
  11. Bucholtz A. Rayleigh-scattering calculations for the terrestrial atmosphere // Applied Optics. 1995. V. 34. No. 15. P. 2765–2773.
  12. Katsev I. L., Prikhach A. S., Zege E. P., Grudo J. O., Kokhanovsky A. A. Speeding up the aerosol optical thickness retrieval using analytical solutions of radiative transfer theory // Atmospheric Measurement Techniques. 2010. No. 3. DOI: 10.5194/amt-3-1403-2010.
  13. Kokhanovsky A. A., Mayer B., Rozanov V. V. A parameterization of the diffuse transmittance and reflectance for aerosol remote sensing problems // Atmospheric Research. 2005. No. 73. P. 37–43.
  14. Leprieur C., Carrere V., Gu X. F. Atmospheric corrections and ground reflectance recovery for Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS) data: MAC Europe’91 // Photogrammetric Engineering and Remote Sensing. 1995. V. 61. No. 10. P. 1233–1238.
  15. Perkins T., Adler-Golden S., Matthew M. W., Berk A., Bernstein L. S., Lee J., Fox M. Speed and accuracy improvements in FLAASH atmospheric correction of hyperspectral imagery // Optical Engineering. 2012. V. 51(11). DOI: 10.1117/1.OE.51.11.111707.
  16. Vermote E. F., Tanre D., Deuze J. L., Herman M., Morcrette J. J. Second Simulation of the Satellite Signal in the Solar Spectrum (6S). 6S User Guide Version 6.0. NASA-GSFC, 1994. P. 134.