MODTRAN夜间辐亮度模式适用性分析与评估

MODTRAN(moderate resolution atmospheric transmission)的夜间辐亮度模式能够模拟夜间月球辐射传输,但是该模式中的月球辐照度模型在月相函数、月球反照率、日月距离以及地月距离的获取或计算方法上相对简略,导致月球辐照度模拟精度较低。利用扰动分析方法评价MODTRAN月球辐照度模型对月球模型参数的敏感性,结果表明影响MODTRAN月球辐照度模型精度的主要参数为地月距离、月相函数、月球反照率。为了分析MODTRAN月球辐照度模型适用范围,利用月球辐照度模型MT2009(Miller-Turner 2009)和SeaWiFS(sea-viewing wide field-of-view sensor)星上对月观测数据作为基准,对MODTRAN月球辐照度模型进行比较分析。结果显示:1)当波长大于0.675μm时,该模型模拟结果与2种辐射基准结果更为接近;2)月相角绝对值小于30°时,地月距离为390000 km处附近的相对差异小于10%;3)月相角绝对值大于30°时,远地点附近的相对差异更小,当月相角范围在-41°~-30°/30°~41°时,远地点处最大相对差异在10%左右。研究表明MODTRAN夜间辐亮度模式只有在有限几何条件下适宜开展微光遥感载荷定标工作,以此为基础,未来将对MODTRAN的月球辐照度模型进行改进以便将MODTRAN充分利用到微光遥感中。

基于MODTRAN模型计算星载CCD相机信噪比

信噪比表征CCD相机的辐射分辨能力,是评价星载CCD相机图像质量的重要参数。传统的相机信噪比计算方法多为构造模型、推导出计算公式、代入器件参数求解,这样的计算没有考虑相机在轨工作的工作环境,结果值较真实值有显著差距。文中利用MODTRAN模型,对相机在轨工作环境的地面与大气的辐射进行了模拟计算,用实测噪声值代替传统的噪声模型进行计算,最大程度地使计算条件符合星载CCD相机实际在轨工作的情况。还综合考虑了不同太阳高度角、地面反射率条件下CCD相机的信噪比变化情况,量化分析了这些客观因素对CCD相机实拍时信噪比可能造成的影响,该分析对选择星载CDD相机拍摄的季节、时辰有参考价值。

大气红外辐射传输的简便算法与MODTRAN的比较

以红外辐射的传输理论为基础,考虑高度、倾斜以及气象条件等因素,建立了大气光谱透过率、平均透过率的理论模型与计算方法。利用以此算法为基础的程序进行了模拟计算,可得到3.0～12.0μm的红外大气透过率。将此结果与MODTRAN的计算结果做了比较,在目标高度为20km的范围内,两者吻合较好。该算法简单,便于实际应用。

基于MODTRAN模式与卫星资料的晴空净太阳辐射模拟

探讨了中分辨率大气辐射传输模式MODTRAN4.0与卫星资料同化在模拟净太阳辐射中的应用,并利用CERES卫星资料作为MODTRAN模式输入参数,对2005年北京上甸子进行了晴空下的地表净太阳辐射模拟与比较。结果表明:利用MODTRAN4.0模式和CERES卫星资料可以较为精确地模拟晴空天气下的净太阳辐射,平均绝对误差为25.74 W/m2,平均相对误差为4.98%。此外,对净太阳辐射的影响因子的研究表明:太阳天顶角、反照率、水汽含量、大气光学厚度与臭氧浓度等因子与净太阳辐射均呈负相关关系,且太阳天顶角与反照率影响较大,其余因子影响较小。

AMTIS大气订正算法——基于MODTRAN4.1与BRDF大气订正环

基于BRDF大气订正环的途径和核驱动模型 ,用MODTRAN创建大气参数查找表 (LookUpTable LUT) ,加入地表先验知识 ,对AMTIS(AirborneMulti angleTIR/NIRImagingSystem AMTIS)的可见光、近红外波段数据进行了大气订正 ,并根据地面数据进行了验证。结果表明 。

利用MODTRAN 3计算我国太阳直接辐射和散射辐射

根据光的多次散射理论——离散纵标法 ,利用我国国家一级辐射测站的大气廓线 ,计算出晴空大气观测波段不同高度上的太阳直接辐射和向下散射辐射。将模式输出的地面辐射值与地面辐射观测资料进行比较 ,对不同高度的太阳直接辐射和向下散射辐射以及日变化进行了讨论。最终目的是直接由 MODTRAN3计算我国辐射空白站的地面辐射值 ,以弥补我国辐射站稀少 。

MODTRAN软件集成环境开发

MODTRAN是目前流行的红外辐射传输计算模型。应用FORTRAN语言编写的MODTRAN源代码,集成MODRAN计算软件,设计了MODTRAN软件图形界面。针对FORTRAN语言计算效率高而图形功能弱,Visual Basic(VB)计算效率低而图形功能强的特点,用VB和FORTRAN 2种语言混合编程,实现FORTRAN计算程序资源的再利用。将FORTRAN程序转化为动态链接库函数,通过函数参数传递使VB程序和FORTRAN动态链接库函数之间交换数据,将FORTRAN的计算结果在VB窗体上显示并进行作图处理,从而实现MODTRAN计算程序的图形界面及计算结果的可视化。设计出MODTRAN的汉化使用界面,有利于MODTRAN在国内推广应用。

基于MODTRAN的红外系统对巡航导弹探测距离的估算

基于最小可分辨对比度准则,研究了在考虑背景环境下机载红外成像系统对目标最大探测距离的计算方法。分析了红外目标在3～5μm与8～12μm两个波段上的红外辐射特征和背景辐射、大气透过率等因素对探测距离的影响,给出了探测距离的推导公式。最后用MODTRAN软件对大气透过率进行了模拟计算,得到了波数间隔为1cm^(-1)的光谱大气透过率数据。计算了各微小波长区间内辐射到探测器上的辐照度。考虑到大气透过率与距离的关系,取消了传统算法中用常数或者拟合函数来代替大气透过率的方法。以巡航导弹为例,对红外系统探测距离进行了数值计算。仿真结果表明,该计算方法具有可行性。

TOMRADE和MODTRAN 3.7模式研究紫外后向散射探测臭氧总量问题的比较

本文利用MODTRAN 3.7和TOMRADE模式分别计算了308.0 nm、312.5 nm、317.5 nm、322.3 nm、331.2nm、360.0 nm六个紫外波段的后向散射强度并进行了比较,且利用两个模式计算得到的插值表,对EPTOMS实测资料分别进行反演,得到结论如下:1)两模式算得的后向散射强度随着太阳天顶角、卫星天顶角、地表反照率的变化特性基本一致,均能较好的反映紫外后向散射的辐射特性;2)总体而言,两模式计算的后向散射强度值相对偏差在-6%～18%之间;3)分别把MODTRAN 3.7和TOMRADE模式计算的插值表用于2003年7月30日中纬度地区EPTOMS实测资料的反演,得到的臭氧总量相对偏差在-3%～5%之间.本文对紫外波段大气辐射传输模式的研究和紫外后向散射探测臭氧总量的反演误差研究有着重要意义.

基于MODTRAN模型使用被动傅里叶变换红外光谱技术对生物气溶胶的探测研究

利用MODTRAN模型在水平低仰角探测模式下,对生物气溶胶探测的问题进行了分析讨论.用傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术对生物气溶胶进行探测研究.首先介绍了MODTRAN模型的大气模式和廓线,根据FTIR光谱技术对生物气溶胶的被动探测要求,利用辐射传输理论和最简单的三层模型,仿真计算得到大气背景和目标生物气溶胶之间的辐射亮度差?L,然后对?L进一步差值得到信号?2Lt,同时再结合光谱仪自身的噪声等效辐射亮度值,得到实际情况下的信号值?2Lt;最后根据探测条件和MODTRAN提供的大气模式,使用被动遥测红外光谱方法预测每种大气模式下生物气溶胶的探测限浓度.每种大气模式下探测限浓度的不同,是因为边界层温度、透过率和背景辐射亮度的不同所导致,同时还与生物气溶胶的吸收系数有关.研究表明,FTIR光谱被动遥测技术能够探测到生物气溶胶的存在,进一步说明探测生物气溶胶的可行性,也为生物气溶胶实际探测提供了一种方法.

大气辐射传输模型及MODTRAN中透过率计算

在用遥感影像反演地面参数时,即使天气晴朗,也要受大气、气溶胶、云的影响。因此大气校正成为提高反演精度的 主要因素之一,文中在介绍大气传输的概念模型的基础上,对遥感影像的大气校正方程和参数做了介绍,同时介绍了怎样用 MODTRAN获取这些参数,并做了具体分析。

MODTRAN模型在HJ/CCD影像大气校正中的应用

大气校正是定量遥感研究中必不可少的过程。本研究利用MODTRAN模型对一景HJ/CCD影像进行大气校正,并从典型地物光谱特征变化、校正结果与MODIS地表反射率产品比较及对归一化植被指数(NDVI)的影响3方面评价校正效果,结果显示:MODTRAN模型较好地消除了可见光波段内的增加效应和近红外波段的吸收作用;校正结果与高精度的MODIS地表反射率产品在植被、居民地、水体3类地物的反射率具有较高的一致性,其中植被类型平均误差为12.8%;MODTRAN模型较好地修正了混合像元的NDVI值,校正后各类地物的NDVI均有所提升,其中植被NDVI的增幅最大,有利于区分植被与其他地物类型。表明MODTRAN模型对HJ/CCD影像具有较好的大气校正效果。

MODTRAN5中不同光谱分辨率带模式对计算大气吸收带背景辐射的影响

大气吸收波段对于从卫星高度向下探测空间亮目标有特殊的优势,使用辐射传输模式MODTRAN5模拟计算了中红外大气吸收波段不同光谱分辨率100 km高度大气背景辐亮度的变化。将三个波段不同分辨率的结果平滑到统一分辨率进行对比表明:4.3 mm不同光谱分辨率相对误差最大可超过10%;其中0.2 cm^(-1)光谱分辨率的计算结果与精确的逐线积分最为接近;3.2μm与2.7μm波段不同光谱分辨率的计算结果误差较小,其中2.7μm波段最大误差小于5%。进一步将MODTRAN4和MODTRAN5的1cm^(-1)、5 cm^(-1)光谱分辨率计算结果与逐线积分做了比较,表明使用MODTRAN5的低光谱分辨率计算4.3 mm波段的辐亮度可能产生较大误差。

基于MODTRAN的高光谱快速大气校正方法

高光谱遥感成像过程中一般会受大气成分的影响,为了利用高光谱数据进行有效的地物识别,这些影响必须消除。详细介绍大气校正的一个过程:首先采用大气预处理微分吸收法(APDA)和暗像元法,通过并行调用MODTRAN先后建立水汽和能见度的查找表,从而计算出图像中水汽含量和能见度,并利用得出的这些参数建立反射率查找表,最终对高光谱图像进行逐像元校正。该过程结合辐射传输模型法和基于图像信息的校正方法的优点,不需要实时的大气参数也能进行绝对大气校正。同时,加入并行处理使运行速度显著提高。通过对校正后的数据进行对比分析,结果表明校正后的光谱曲线与地面实物和其他软件校正后的光谱特征相吻合,该方法能够满足大气辐射校正的基本要求。

基于MODTRAN的红外大气透过率计算方法研究

随着红外技术的不断发展和在军事上的广泛运用,红外辐射在大气中的传输研究越来越受到关注。而大气透过率是研究红外辐射传输的重要参数。本文针对我国复杂大气情况,分析不同气候条件下各参数对红外大气透过率的影响。通过MODTRAN的红外大气透过率计算,从理论计算和软件仿真两方面进行对比,确定影响大气透过率的关键因子。

基于MODTRAN的光波大气透射率模型设计

由于红外辐射等光波在地球大气中传输会受到大气吸收、散射等作用的影响,因此研究光波在大气中的传输特性成为了一项重要的课题。本文主要通过对可见光和红外波段光波在大气中传输机理的研究,建立透射率模型来反映大气对光波传输的衰减作用。通过仿真计算出各个波段的光波在大气中传输的衰减结果,并利用MODTRAN软件计算结果对透射率模型进行比较分析。研究结果表明：透射率模型和MODTRAN软件仿真所得光波的透射率都在40%~100%之间变化,且变化曲线趋势一致性较好。所得结果真实有效,对工程实际有一定的作用。

基于MODTRAN模型的路灯透雾性研究

LED路灯的透雾性能一直是备受关注的问题。本文基于MODTRAN大气透过率及辐射传输计算模型,模拟了四种气象条件下不同波长可见光的透雾情况,同时以几种路灯光谱为实例,比较了不同色温光源透雾性的差异,证明其可见光透射比差别很小,可以近似忽略。

基于MODTRAN的红外系统作用距离变步长评估算法

在红外成像探测系统的作用距离评估中,要用到大气平均透过率参数,而它又是作用距离的函数,因而一般要用程序循环迭代的方法来计算作用距离。本文介绍了一种针对点目标探测的变步长作用距离评估方法,调用MODTRAN软件计算大气平均透过率和天空背景辐亮度,利用评估模型计算设定距离下的像元个数、信噪比和调制对比度,判断是否满足目标探测所需的最低性能指标,从而确定最大作用距离。在设定值与真实作用距离值相差较大时,采用较大的步长;在设定值与作用距离值相差较小时,采用较小的步长。相比固定步长法,可以在保持计算精度的同时,大大加快计算速度。

基于MODTRAN的电视跟踪系统作用距离仿真计算

为有效求取电视跟踪系统的作用距离,提出一种基于MODTRAN的电视跟踪系统作用距离仿真计算方法。该方法通过对MODTRAN的参数文件Tape5直接改写来配置大气环境参数,调用MODTRAN计算指定条件下大气透过率,通过逐次逼近的方法计算出系统的作用距离,并进行仿真分析。仿真结果表明:该方法能够得出作用距离与主要影响因素之间的关系,可以为系统方案论证、设计提供参考,使系统设计更加合理。

Application of MODTRAN Model in Atmospheric Correction of HJ/CCD Data

MODTRAN model was used for the atmospheric correction of one HJ-1B / CCD2 image,and the effect of atmospheric correction was evaluated from the changes of spectral characteristics of typical ground objects,the comparison with the MODIS surface reflectance product,and the effect on normalized differential vegetation index( NDVI). The results show that atmospheric correction eliminated the increase effect in visible bands and the absorption in near-infrared band. Atmospheric correction results and the MODIS surface reflectance product with high accuracy were highly consistent in the reflectance of vegetation,water and residents,and the average error of vegetation was 12.8%. According to the comparison of changing characteristics of NDVI before and after atmospheric correction,it could be found that atmospheric correction had corrected NDVI of mixed pixels and made it more reasonable. NDVI of each kind of ground objects improved,among which NDVI of vegetation increased most greatly,which can help differentiate vegetation from other ground objects. In a word,MODTRAN model has a good effect on atmospheric correction of HJ /CCD images.