感偏振特性分布与偏振误差补偿方法

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1、万方数据第32卷，第6期2012年6月光谱学与光谱分析V01．32，No．6．ppl633—1638SpectroscopyandSpectralAnalysisJune，2012海洋遥感偏振特性分布与偏振误差补偿方法高军hz，王舒鹏1，顾行发H，余涛1，方莉11．中国科学院遥感应用研究所，北京1001012．国家国防科学技术工业局，北京100037擒要为了提高海洋水色卫星遥感的定量参数反演精度，确定人瞳处的偏振信号对传感器响应的影响逐渐受到莺视。以Aqua-MODIS为例，分析了海洋n星传感器

2、大视场范围内的偏振特性分布，发现无论是大气程辐射还是考虑海表贡献的入瞳光，视场内偏振特性的变化与观测几何的变化密切相关。相比海表的偏振贡献而言，大气是偏振光的主要来源。在此基础上。研究r遥感器在不同偏振灵敏度条件下对入瞳处的偏振信号的响应以及由此引起的系统误差，发现只有当偏振灵敏度不超过2％时可以满足反演离水辐射产品的需要。提出了补偿大气偏振测量误差的方案，能够较好地提高卫星数据的利用率和遥感器的辐射测量精度。‘关键词海洋遥感；偏振特性；偏振灵敏度；偏振误差补偿；矢量辐射传输中图分类号：P714

3、文献标识码：AIX)h10．3964／j．issn．1000-0593(2012}06—1633-06引言在海洋水色遥感中，大气层顶(topofatmosphere。T《：)A)入射光为非偏振光，但是经过大气分子、气溶胶及海洋表面等的多次散射，传感器接受到的光为部分偏振光。偏振信号会对传感器辐射测量产生巨大影响，具有相等辐射功率但偏振特性不同的入射光，传感器输出值是不等的。另一方面，由于在遥感中成像几何的变化会弓I起同一物体反射的偏振光的光强和偏振态变化，也会使到达探测器的光能存在明显的变化。在

4、海洋卫星水色遥感中。刈幅町能高达±55。，这种变化的影响更为严重【I]。随着海洋遥感数据定量化应用的发展，为了提高海洋水色卫星遥感的定量参数反演精度，确定入瞳处的偏振信号对传感器响应的影响逐渐受到重视‘2⋯。本工作基于目前应用较广、数据质量较高的在轨卫星Aqua上搭载的M()DlS(moderateresolutionimagingspectro-radiometer)数据，对海洋卫星传感器大视场范围内的偏振特性分布进行研究。分析通过分析传感器在不同偏振灵敏度条件下对入瞳处的偏振信号的响应不同引

5、入的误差，在此基础上提出对大气引入的偏振误差的补偿方法，并对补偿效果进行评价。1方法和数据准备1．1辐射传输模型利用矢量辐射传输模式6Sv进行辐射及偏振特性模拟．6Sv采用连续阶散射S()s方法来求解矢量辐射传输方程[5]．该矢量辐射传输模型与MonteCarol方法模拟结果相比相对误差小于l％瞳川．在考虑海表与大气耦合的辐射模拟中，采用粗糙海表双向反射模型。在太阳光谱范围内，特定几何条件、特定波长下的海洋表面反射率加可以近似由以下三部分之和构成[8]阻(晚，巩，即^)；阳(^)+(1一Ⅳ)冈(

6、最·艮，即A)+(1一阳(A))脚(巩·巩-即^)(1)其中，阳，阳和脚分别为来自自帽、海洋表面的镜面反射(太阳耀光)和离水辐射的反射率贡献，W是自帽覆盖面积，当水体温度大于14℃时可由风速矾来计算：W=2．9510-o积～。I．2遥感器偏振特性影响分析模型我们通常使用遥感器的偏振灵敏度岛来表示非偏波段传感器对不同偏振态、相同偏振强度(Ip)的入射偏振光的响应程度的差别，j讳可以定义为[9“03RP=△J一／2b×100％(2)收稿日期：2011-05-07．修订日期：2011-08-03基金项

7、目：国家科技支撑计划项目(2008BAC34802)资助作者简介：高军，1969年生，中国科学院遥感应用研究所博士研究生e-mail；gaoim@e,m．gov．m*通讯联系人e-mail：guxingfa龟》irsa．∞m．万方数据1634光谱学与光谱分析第32卷其中△I～为人射光经过遥感器输出后的最大误差。若传感器人瞳光强为h魄，其偏振度为P，偏振光强b表示为光强与偏振度的乘积，此时联合式(2)则有M=吉砖+舞(砖一)cos(20)(考一g)sin(2a)0△k／11_os=2Rp×P(3)

8、对于非完全偏振的偏振器来说，密勒矩阵可以表达为[1I](砖一弓)cos(20)(《+g)cosz(趵)+2t。4sid(阳)(“+fp)2s．m(船)cos(约)0其中昂和t，是分别为平行和垂直光传输面的反射或投射系数。e是光线出射面和仪器扫描面的夹角，若0为O。时，即扫描面与出射面重合时，有下式成立(5)由于传感器偏振灵敏度引入的响应误差△J可以表示为AI=JH执一I／功(6)其中f为传感器输出光强，TO为通道透过率。传感器偏振灵敏度引入的相对误差为AI／ITO^。1．3数据介绍本工作基于Aq