消除N2气辉光谱污染影响的中高层大气温度反演方法

本发明属于大气温度卫星遥感，具体涉及一种除n2气辉光谱污染影响的中高层大气温度反演方法。

背景技术：

1、温度是表征中高层大气区域最为重要的物理量之一。中高层大气温度精准探测对空间科学实验的实施以及大气热力学结构、物质密度、能量分布和时空变化的研究具有重要的学术研究意义。此外，准确探测中高层大气温度对于提高卫星发射成功率、获得准确的空间天气预报、提高航空航天安全性和改善无线电通信具有重要的应用价值。

2、近年来，随着空间技术的不断进步，卫星遥感技术逐渐成为中高层大气温度探测的重要手段。由于星载探测不受天气和地理条件的限制，可以实现在全球尺度下的大气温度观测，并且具备高时间分辨率，高空间分辨率等优势，已成为大气温度探测领域的研究热点。

3、位于762nm附近的o2-a波段气辉是最强的可见光气辉之一，在白天可以覆盖30km-150km的高度范围区域。其气辉辐射的谱带形状及谱线线型携带有玻尔兹曼布居数、多普勒展宽等信息，因而成为大气温度场遥感的重要示踪物。国外诸多先进大气温度卫星遥感载荷，如高分辨率多普勒成像仪hrdi、多普勒干涉仪tidi、光谱仪和红外成像系统osiris、全球高分辨率热层成像迈克尔逊干涉仪mighti，均将o2-a波段当作辐射观测源，以实现大气温度廓线的精确探测。

4、然而，对于中高层大气，尤其是海拔120km以上的空间区域，o2-a波段所处的762nm处同时存在着n2 1pg波段气辉的辐射信息，其光谱分布与o2-a波段气辉辐射相互交叠，并造成光谱污染，使得以o2-a波段为目标源的大气温度卫星遥感的探测精度受到严重影响。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中的问题，本发明提出了一种除n2气辉光谱污染影响的中高层大气温度反演方法。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、本发明提供了一种除n2气辉光谱污染影响的中高层大气温度反演方法，包括以下步骤：

4、步骤100：计算o2-a波段气辉光谱辐射强度和n2 1pg波段气辉光谱辐射强度，构建气辉辐射光谱模型；

5、步骤200：根据气辉光谱的分布，将其分为不同波段，并计算每个波段的气辉辐射强度；对仅包含n2气辉光谱的波段的辐射强度进行推算，使其与被污染波段的辐射强度相匹配，并在被污染波段辐射强度中扣除推算n2气辉辐射强度；

6、步骤300：对光谱污染校正波段临边信号进行处理，得到目标层高度的信号强度；并将相邻波段的气辉辐射强度做比值，将比值对应配分函数，从而实现大气温度反演。

7、进一步地，所述步骤200中，根据气辉光谱的分布，将其分为不同波段，具体包括：

8、根据两种气辉光谱的分布，按照中心波长将其分为多个波段，所述波段包括n2光谱污染校正波段、背景波段及被污染波段；其中，若波段内仅存在n2气辉光谱，将此波段作为n2光谱污染校正波段；若波段内不存在n2气辉，将此波段作为背景波段；其他波段范围内存在o2-a波段气辉，但同时存在着n21pg波段气辉的污染，作为被污染波段。

9、进一步地，所述步骤200中，对仅包含n2气辉光谱的波段的辐射强度进行推算，使其与被污染波段的辐射强度相匹配，并在被污染波段辐射强度中扣除推算n2气辉辐射强度，具体包括：

10、将n2光谱污染校正波段的辐射强度乘以对应参数，使n2光谱污染校正波段的辐射强度乘以对应参数与被污染波段的n2的气辉辐射强度相同，得到推算后的辐射强度；被污染波段的气辉辐射强度减去推算后的辐射强度及背景波段辐射强度，得到消除光谱污染后气辉辐射强度。

11、进一步地，利用“剥洋葱”算法对光谱污染校正波段临边信号进行处理，得到目标层高度的信号强度。

12、与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

13、(1)本发明通过建立气辉辐射光谱模型，消除n2气辉辐射光谱污染，减小了n2气辉对以近红外气辉为目标源的卫星载荷的影响，有效提高了中高层大气温度的反演精度；

14、(2)本发明建立的气辉辐射光谱模型，详细考虑了两种气辉光谱的分布特征，并利用相邻波段光谱分布情况的不同对n2气辉光谱污染进行了校正，解决了在近红外波段n2气辉光谱与目标源辐射光谱相互交叠，导致卫星采集所得信号信噪比降低的问题。

技术特征：

1.一种除n2气辉光谱污染影响的中高层大气温度反演方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种除n2气辉光谱污染影响的中高层大气温度反演方法，其特征在于，所述步骤200中，根据气辉光谱的分布，将其分为不同波段，具体包括：

3.根据权利要求2所述的一种除n2气辉光谱污染影响的中高层大气温度反演方法，其特征在于，所述步骤200中，对仅包含n2气辉光谱的波段的辐射强度进行推算，使其与被污染波段的辐射强度相匹配，并在被污染波段辐射强度中扣除推算n2气辉辐射强度，具体包括：

4.根据权利要求1所述的一种除n2气辉光谱污染影响的中高层大气温度反演方法，其特征在于，利用剥洋葱算法对光谱污染校正波段临边信号进行处理，得到目标层高度的信号强度。

技术总结本发明属于大气温度卫星遥感技术领域，具体涉及一种除N<subgt;2</subgt;气辉光谱污染影响的中高层大气温度反演方法，包括：计算O<subgt;2</subgt;‑A波段气辉光谱辐射强度和N<subgt;2</subgt; 1PG波段气辉光谱辐射强度，构建气辉辐射光谱模型；根据气辉光谱的分布，将其分为不同波段，并计算每个波段的气辉辐射强度；对仅包含N<subgt;2</subgt;气辉光谱的波段的辐射强度进行推算，使其与被污染波段的辐射强度相匹配，并在被污染波段辐射强度中扣除推算N<subgt;2</subgt;气辉辐射强度；对光谱污染校正波段临边信号进行处理，得到目标层高度的信号强度；并将相邻波段的气辉辐射强度做比值，将比值对应配分函数，从而实现大气温度反演。本发明提高了中高层大气温度的反演精度。技术研发人员：武魁军,李昊天,宿家瑞,王道琦,王治华,袁浩宸,张会亮,何微微受保护的技术使用者：烟台大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18