本发明专利技术涉及一种星载传感器“偏振交火”探测大气气溶胶参数的方法，组合使用POLDER类型传感器和APS类型传感器，搭载在同一卫星平台上并通过设计其扫描方式、通道配置、视场形状等关键参数，实现两个传感器的有机协同观测，获得气溶胶综合参数的高精度探测。本发明专利技术的设计方案能够取得如下效果：（1）在已有气溶胶参数探测能力的基础上，提供覆盖整个画幅的气溶胶层高和吸收性气溶胶指数的探测能力；（2）将APS的高精度星上定标传递给POLDER，有效提高POLDER传感器偏振成像CCD的定标精度；（3）将APS近红外波段（2250nm）的观测传递到POLDER传感器，解决气溶胶综合参数反演中的地-气解耦合问题。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，组合使用POLDER类型传感器和APS类型传感器，搭载在同一卫星平台上并通过设计其扫描方式、通道配置、视场形状等关键参数，实现两个传感器的有机协同观测，获得气溶胶综合参数的高精度探测。本专利技术的设计方案能够取得如下效果：（1）在已有气溶胶参数探测能力的基础上，提供覆盖整个画幅的气溶胶层高和吸收性气溶胶指数的探测能力；（2）将APS的高精度星上定标传递给POLDER，有效提高POLDER传感器偏振成像CCD的定标精度；（3）将APS近红外波段（2250nm）的观测传递到POLDER传感器，解决气溶胶综合参数反演中的地-气解耦合问题。【专利说明】一种星载传感器"偏振交火"探测大气气溶胶参数的方法
本专利技术涉及一种星载传感器偏振探测大气气溶胶综合参数的方法，具体涉及基于 法国 POLDER (Polarization and Directionality of the Earth's Reflectances)类型偏 振传感器和美国APS (Aerosol Polarimetry Sensor)类型偏振传感器的"偏振交火"配置 方案。
技术介绍
气溶胶是悬浮在空气中的微小颗粒物质，其来源多种多样，它通过影响太阳辐射 以及云，对全球气候变化产生重要影响（IPCC，2007)，通过传输、扩散和沉降对大气环境等 产生重要影响。其中，小于2.5微米的气溶胶粒子（PM2. 5)可被吸入人体肺部，是我国目前 最主要的大气污染物，已经成为环境监测最重要的监测对象。随着探测方法的快速发展， 遥感技术已成为气溶胶监测的重要手段，星载气溶胶遥感技术在近20年得到了快速发展。 然而由于气溶胶微观和宏观特性十分复杂，包括多变的形状、粒子大小、辐射吸收和散射特 性、时空分布特性和垂直分布等，对星载气溶胶传感器的探测方案设计提出了很大的挑战， 国际上已经设计了多种探测方案（见下），本专利技术综合国际前沿的技术发展方向，提出了一 种目前气溶胶综合探测能力最强的星载传感器配置方案。 现有技术1 卫星遥感气溶胶的技术到目前为止主要发展了多光谱、多角度、激光、偏振等四类 手段，分别发射了具有代表性的传感器。利用多光谱信息测量气溶胶的典型代表是美国 NASA 于 1999 年发射的 MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)传感 器，该传感器具有36个光谱波段，基于暗目标法（Kaufman et al.，1997)可测量气溶胶光 学厚度（AOD)等信息。多角度测量气溶胶的典型代表是欧洲的ATSR(Along-Track Scanning Radiometer)/AATSR(Advanced Along Track Scanning Radiometer)传感器和美国的 MISR(Multi-angle Imaging SpectroRadiometer)传感器，前者具有两个角度，后者的观测 角度数目达到9个。激光探测气溶胶的代表是美国发射的CALIOP (Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization)传感器，在532nm和1064nm波段主动发射激光探测气溶 胶。偏振测量气溶胶参数的代表是法国的POLDER传感器和美国的APS传感器。前者由法国 CNES自1999年起到目前共发射了三颗，后者于2011年由于火箭问题发射失败，但是NASA 已提出了 PEACE计划准备再次发射此类传感器。 上述这些星载传感器的探测手段具有各自的优势，但均存在某些难以获取或无 法探测的气溶胶参数，例如：M0DIS难以获得气溶胶粒子大小信息，其气溶胶细粒子比结 果至今在陆地上空验证较差，官方不推荐使用；MISR通过多角度观测改进了对粒子尺寸 参数的反演效果，但地-气解耦合能力较弱；CALIOP除了垂直分布信息外，对于颗粒物总 量、粒子大小等信息的探测能力均很弱；搭载于PARASOL(Polarization&Anisotropy of Reflectances for Atmospheric Sciences coupled with Observations from a Lidar) 卫星上的最新版本POLDER，借助多光谱（9波段）、多角度（16角度）和偏振（3分量）三种 探测手段，具有探测参数多的优势，但仍难以提供气溶胶垂直分布的相关产品。因此，从气 溶胶观测应用的技术发展需求角度看，这些传感器的组合使用非常有必要。 现有技术2 国际上，美国1999年发射的EOS首颗卫星Terra上就同时搭载了 MODIS和MISR 传感器，协同观测提供多光谱和多角度信息。之后，美/欧又联合发展了 A-Train计划，将 搭载CALIOP的CALIPS0卫星和搭载POLDER的PARASOL卫星等共同组成一个卫星阵列，在 大约1. 5小时的时间间隔内，连续通过同一目标上空，形成多星协同观测气溶胶的能力（如 表1所示）。由此可见，国际上非常重视传感器的配合使用，如何在方案设计阶段就结合各 种方案的优势和特点，发挥综合测量能力，是卫星气溶胶遥感技术重点关注的科学问题。 表1当前国际上具有代表性的多传感器星载气溶胶遥感技术 【权利要求】1. 一种星载传感器"偏振交火"探测大气气溶胶参数的方法，其特征在于，组合使用两 种类型的多角度偏振卫星载荷传感器，分别为POLDER类型传感器和APS类型传感器，两种 传感器搭载在同一卫星上，将APS类型传感器的沿轨扫描方式改为穿轨扫描方式，将APS类 型传感器的扫描视场从圆形改为方形，从而与POLDER类型传感器相匹配实现对地同步观 测； 在APS类型传感器上增加偏振UV波段380nm通道，在已有气溶胶参数探测能力的基础 上，增加覆盖整个画幅的气溶胶层高和吸收性气溶胶指数的探测能力； 将APS类型传感器的高精度星上定标传递给POLDER类型传感器的每一个像元，解决 POLDER类型传感器上偏振成像C⑶的定标精度问题； 将APS上近红外波段2250 nm通道的观测信号传递到POLDER传感器，解决气溶胶综合 参数反演中的地-气解耦合问题。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述APS类型传感器在其搭载卫星平台上 的装配方向进行旋转90°调整，则观测扫描平面在地面的投影将是垂直轨道方向，形成穿 轨扫描。3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，删除所述APS类型传感器上已有的910nm通 道和565nm通道，增加380nm和490nm通道；其中，APS的490nm通道的光谱响应函数曲线 和POLDER的490nm通道的光谱响应函数曲线匹配。4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述APS类型传感器的光路上增加方形光 阑装置，从而将圆形视场转变为方形视场。5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述APS类型传感器具有380nm、410nm、 443nm、490nm、670nm、865nm、1378nm、1610nm和2250 nm波段的探测光谱，所有通道均偏振； 其中，380nm用于探测气溶胶层高，380nm和410nm用本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种星载传感器“偏振交火”探测大气气溶胶参数的方法，其特征在于，组合使用两种类型的多角度偏振卫星载荷传感器，分别为POLDER类型传感器和APS类型传感器，两种传感器搭载在同一卫星上，将APS类型传感器的沿轨扫描方式改为穿轨扫描方式，将APS类型传感器的扫描视场从圆形改为方形，从而与POLDER类型传感器相匹配实现对地同步观测；在APS类型传感器上增加偏振UV波段380nm通道，在已有气溶胶参数探测能力的基础上，增加覆盖整个画幅的气溶胶层高和吸收性气溶胶指数的探测能力；将APS类型传感器的高精度星上定标传递给POLDER类型传感器的每一个像元，解决POLDER类型传感器上偏振成像CCD的定标精度问题；将APS上近红外波段2250 nm通道的观测信号传递到POLDER传感器，解决气溶胶综合参数反演中的地‑气解耦合问题。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李正强，许华，伽丽丽，陈兴峰，张莹，
申请(专利权)人：中国科学院遥感与数字地球研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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