● 摘要
高光谱遥感成像过程中受到成像光谱仪光电系统特性、地形起伏状况以及大气条件等因素的综合影响，其获得的地物信息不仅包含了地物的光谱反射特性，也记录了成像过程中各个因素引起的辐射量变化。如何消除高光谱数据中的干扰信息，精确的反演地物反射率，是高光谱遥感应用定量化的关键问题。高光谱遥感地物反射率反演涉及辐射传输过程的正向建模和反向问题求解两个方面。
然而，目前针对起伏地形下辐射传输过程的建模并不精细和全面，导致地形邻近效应中地气耦合辐射、大气邻近效应中不同背景地物和多次散射的贡献程度对高光谱数据的影响等问题无法得到细致的解释和精确的仿真。另一方面，反演过程并不是正向建模的简单逆过程，大气参数的随机性和非均匀分布、地表状况的复杂性都加大了反演的难度。
本文基于地形起伏下高光谱遥感辐射传输过程和能量传递机制，突破了复杂地表环境下地形邻近效应建模技术和大气邻近效应建模技术，建立了有效的大气—地形联合辐射传输模型，并试图在模型精细度和计算效率之间寻求平衡，最终实现高光谱遥感地物反射率数据的高精度反演，进而为定量化遥感应用提供高质量的数据源，保障高光谱遥感在各个领域持续发挥经济效益和社会效益。
本文主要研究内容与创新点如下：
（1）针对地形起伏下含地气耦合辐射的地形邻近效应展开研究。深入分析能量在大气、地表间复杂的多次反弹机制，利用邻近地物和目标地物的相对方位以及局地地形特征描述背景等效辐出度和背景等效反射率，提出了地形起伏下的地气耦合辐射模型，从而完善了地形邻近效应计算模型，提高了地形邻近效应的仿真精度；
（2）针对地形起伏下大气邻近效应展开研究。为了精细计算不同背景地物和多次散射对辐射的贡献程度，分别建立了单次散射近似的大气邻近效应解析模型和考虑多次散射的数值模型，实现了地形起伏下大气邻近效应的精确建模，提高了大气邻近效应的仿真精度；
（3）针对高光谱遥感入瞳辐亮度仿真方法展开研究。为实现高光谱入瞳辐亮度仿真，在地形邻近效应、大气邻近效应精确建模的基础上，建立大气—地形联合辐射传输方程，并与大气辐射传输程序MODTRAN和数字高程模型DEM相结合，给出了地形起伏下传感器入瞳辐亮度的精确计算方法及仿真流程，实现了含地形邻近效应、大气邻近效应的入瞳辐亮度图像仿真，提高了入瞳辐亮度图像的仿真精度；
（4）针对大气—地形联合反射率反演方法展开研究。充分考虑高光谱成像光谱仪的非理想特性、大气、地形以及太阳照明角度等对数据的影响，在含地形邻近效应、大气邻近效应的辐射传输模型基础之上，提出了一种大气—地形联合反射率反演方法，可有效消除高光谱辐亮度数据中的干扰信息，提高地形起伏区域地物反射率反演的精度；
（5）针对不同起伏状况的典型实验区开展真实性检验。分别针对平缓起伏地区、剧烈起伏地区，开展高光谱入瞳辐亮度图像仿真验证实验以及大气—地形联合反射率反演实验，通过对实验结果进行对比分析，并利用相关指标进行评价，验证了大气—地形联合辐射传输模型的有效性，并提高了高光谱遥感地物反射率反演的精度。