天基遥感分块插值计算太阳高度角的方法
天基遥感分块插值计算太阳高度角的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及天基遥感分块插值计算太阳高度角的方法，属于遥感技术领域。 技术背景
[0002] 卫星、宇宙飞船和航天飞机等天基对地遥感获取数据过程中受到遥感平台和自然 环境等多种因素的制约，在遥感反演之前必须对遥感数据进行定位、辐射和几何等方面的 校正。太阳对地球的辐射中，太阳高度角具有日周期和年周期变化，对观测点的辐亮度影响 甚大。太阳辐射类地球遥感以辐亮度反演地物则不利于对地物的识别，不符合定量遥感的 要求。天基遥感太阳高度角校正有3个主流模式，即表观辐亮度、表观反射率和地表反射率 等模式，主流模式在理论上都比较成熟，许多文献对其作了较为严谨的推介。太阳高度角校 正实质上只是辐射角度问题，在主流模式上所起到的作用都一样。还有其它模式，如栗琳等 学者用关系模型来研宄太阳高度角校正。在遥感数据预处理中，太阳高度角校正是太阳辐 射类地球遥感数据校正中的一项常态性处理工作。
[0003] 遥感数据产品提供太阳高度角参数数据不足，遥感数据是大数据，若每个像元或 局部像元附带一个太阳高度角数据或者定位信息，会相应增大数据产品数据量，增加数据 通信负荷，增加数据存储空间和降低遥感应用时效。李先华等学者指出，中高空间分辨率卫 星每景数据仅提供中心点太阳高度角数据，对于数据校正精度则十分勉强，并根据卫星传 感器运行原理与定位关系叙述了卫星数据逐个像元的太阳高度角参数计算方法。该方法需 掌握传感器在轨运行原理及其相关参数数据，对末端数据用户要求偏高。黄晓园、周靖斐等 学者利用一级数据产品携带的固定间隔点太阳高度角数据进行插值，增加了太阳高度角数 据，提高了太阳高度角校正精度。由于该方法插值函数与实际关系不一致，不利于充分提高 太阳高度角校正精度。当前对太阳高度角数据的插值密度还没有相应研宄，不利于对其数 据插值密度的合理确定。没有携带充足太阳高度角数据的遥感数据产品则没有较好的实用 方式解决太阳高度角精校正问题。
【发明内容】
[0004] 本发明目的在于解决天基遥感数据产品太阳高度角数据不足而影响数据校正精 度的现实问题，为了增加天基遥感太阳高度角数据而设计一种天基遥感分块插值计算太阳 高度角的方法。
[0005] 本发明为了实现上述目的，天基遥感分块插值计算太阳高度角的方法包括：确认 遥感数据状态以便采取相应处理；利用附带参数数据作为数据插值的参照依据；按照数据 精度要求、利用太阳高度角数据遵循理论依据确定数据分块大小；根据数据状态确定数据 插值模式；根据插值模式落实数据插值方程式；根据插值方程式计算各项插值数据；利用 插值数据计算各元数据块太阳高度角参数。
[0006] 所述确认遥感数据状态以便采取相应处理，即遥感数据产品从校正数据状况可分 为0~五级，确认数据校正级别，落实数据产品是否已经完成数据定位、辐射定标、系统几 何校正和坐标映射，不同级别的数据产品需要根据附带定位数据分布、采集数据阵形和数 据采集时序等状况采取相应的数据插值处理。
[0007] 所述利用附带参数数据作为数据插值的参照依据，即天基遥感数据产品附带有相 关参数数据，利用这些参数数据作为数据插值的参照依据。
[0008] 所述按照数据精度要求、利用太阳高度角数据遵循理论依据确定数据分块大小， 包括数据分块理论依据和数据分块操作方法。所述数据分块理论依据，即通过数据校正偏 差率公式推论确立数据校正偏差率与太阳高度角偏差的关系，通过太阳高度角偏差特征规 律确立数据块行列宽度与太阳高度角偏差的关系，以太阳高度角偏差特征规律和数据校正 偏差率公式推论作为数据分块的理论依据。所述数据分块操作方法，包括数据分块方案和 数据分块计算。所述数据分块方案，即对整幅或整景或整轨数据无法按圆形区域分块，为了 满足数据精度要求，并使插值过程简单化，采取圆形区域最大内方块为元数据块。所述数 据分块计算，即根据数据用途确定校正数据精度大小，调用附带太阳高度角参数数据，或根 据公式计算太阳高度角参数，由数据校正偏差率公式计算出元数据块的太阳高度角偏差， 依据数据块行列宽度与太阳高度角偏差的关系计算出元数据块行列宽度，确定元数据块大 小。
[0009] 所述根据数据状态确定数据插值模式，包括确定一级或二级数据产品元数据块经 炜度插值模式；确定一级或二级数据产品元数据块采集时间插值模式；确定赤炜、时角参 数插值模式。
[0010] 所述根据插值模式落实数据插值方程式，包括根据相应的插值模式，落实一级数 据产品元数据块经炜度插值方程式和采集时间插值方程式；或者根据相应的插值模式，落 实二级数据产品元数据块经炜度插值方程式和采集时间插值方程式；根据赤炜、时角参数 插值模式，落实赤炜、时角参数插值方程式。
[0011] 所述根据插值方程式计算各项插值数据，即利用附带参数数据根据相应的插值方 程式计算各项插值数据。
[0012] 所述利用插值数据计算各元数据块太阳高度角参数，即根据太阳高度角公式，代 入由插值得到的参数数据，计算各元数据块太阳高度角参数。
[0013] 0级数据产品应完成一级数据产品相应校正处理后才可进行太阳高度角校正，可 参照一级数据产品分块插值计算太阳高度角的方法；0级或一级数据产品完成二级数据产 品相应的数据校正，可参照二级数据产品分块插值计算太阳高度角的方法；三级以后数据 产品一般已进行了太阳高度角校正，可去除太阳高度角粗校正，添加太阳高度角精校正，可 参照二级数据产品分块插值计算太阳高度角的方法。
[0014] 太阳高度角与太阳天顶角之和为90°，对于太阳高度角校正，太阳高度角计算与 太阳天顶角计算是等效的。
[0015] 本发明只适用于太阳辐射类天基遥感增加太阳高度角数据的需要，应用于可见 光、近红外等波段，地基、空基遥感由于观测区域较小，使用定位数据计算太阳高度角参数 就已经满足数据校正精度要求，不需使用本技术方案；夜间对地遥感（使用红外等长波波 段）和主动遥感（星载雷达如合成孔径雷达（SAR)使用微波等波段）属于非太阳辐射类遥 感，不涉及太阳辐射因素，不需使用本技术方案。
[0016] 在本发明中，其核心创新点在太阳高度角数据密度的确定上，因此，本发明还提供 了一种确定天基遥感太阳高度角数据密度的方法，包括数据分块理论依据和数据分块操作 方法；所述数据分块理论依据，即通过数据校正偏差率公式推论确立数据校正偏差率与太 阳高度角偏差的关系，通过太阳高度角偏差特征规律确立数据块行列宽度与太阳高度角偏 差的关系，以太阳高度角偏差特征规律和数据校正偏差率公式推论作为数据分块的理论依 据；所述数据分块操作方法，包括数据分块方案和数据分块计算；所述数据分块方案，即对 整幅或整景或整轨数据无法按圆形区域分块，为了满足数据精度要求，并使插值过程简单 化，采取圆形区域最大内方块为元数据块；所述数据分块计算，即根据数据用途确定校正数 据精度大小，调用或计算太阳高度角参数数据，由数据校正偏差率公式计算元数据块的太 阳高度角偏差，依据数据块行列宽度与太阳高度角偏差的关系计算出元数据块行列宽度， 确定元数据块大小；在遥感数据处理中元数据块大小确定，并且每个元数据块共同使用一 个太阳高度角数据，也就确定了遥感数据的太阳高度角数据密度。
[0017]本发明得到一些有益效果：本发明以分块插值计算太阳高度角参数，为天基遥感 增加太阳高度角数据，解决了天基遥感太阳高度角数据不足的实际问题；建立了确定天基 遥感太阳高度角数据密度的方法和计算公式，利于确定合理的太阳高度角数据分布；充分 提高天基遥感太阳高度角校正数据精度，利于遥感地物反演和识别；采用本技术方案，一级 数据产品不需携带固定间隔点太阳高度角数据；采用插值法降低了末端数据用户增加太阳 高度角数据的处理难度，技术方法具有易理解、易实现、实用佳和高精度等特点。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明实现流程图；
[0019] 图2、图3分别为TERRA/MODIS、AQUA/MODIS卫星遥感一级数据产品某轨采集数据 阵形示意图；
[0020] 图4、图5分别为图2、图3对应的二级数据产品采集数据阵形示意图；
[0021] 图6为HJ-1/C⑶卫星遥感二级数据产品某景降轨采集数据阵形示意图。
【具体实施方式】
[0022] 天基遥感分块插值计算太阳高度角的方法参见图1，是基于插值法以分块形式得 到元数据块中心点经炜度值和采集时间，根据公式计算元数据块太阳高度角参数，其方法 包括：确认遥感数据状态以便采取相应处理；利用附带参数数据作为数据插值的参照依 据；按照数据精度要求、利用太阳高度角数据遵循理论依据确定数据分块大小；根据数据 状态确定数据插值模式；根据插值模式落实数据插值方程式；根据插值方程式计算各项插 值数据；利用插值数据计算各元数据块太阳高度角参数。选择IDL或FORTRAN等语言编写 程序处理数据，先以太阳同步极轨卫星为例阐述如下：
[0023] 1.确认遥感数据状态以便采取相应处理遥感数据产品从校正数据状况可分为 0~五级，太阳高度角校正适宜在一级或二级数据产品实施。0级数据产品未完成数据定 位、辐射定标等处理，未达到本技术方案插值处理条件，一级和二级数据产品已完成数据定 位、辐射定标，并且二级数据产品也完成了系统几何校正和坐标映射。太阳高度角校正可安 排在系统几何校正之前或之后，应安排在几何精校正和地形辐射校正等之前。不同数据产 品级别与数据插值模式有关。一级数据产品采集数据阵形与0级相同（参见图2、图3)，为 方形，虽然完成了数据定位，由于未完成系统几何校正，数据定位信息在采集数据阵形上尚 未得到体现。数据采集时序与0级相同，文件数据行与数据采集顺序一致。二级数据产品 已完成系统几何校正，数据定位信息在采集数据阵形上已得到体现，并且由坐标映射建立 了采集数据与坐标系的关系（参见图4、图5)。受地球自转、在轨道飞行方向及其速度和传 感器推扫方向等影响，降轨时采集数据阵形扭摆西南向，升轨时采集数据阵形扭摆西北向， 文件数据（含边空数据）顶角和图像数据（不含边空数据）顶角不一致，采集数据阵形接 近菱形。数据采集行与文件数据行存在一定大小夹角，数据采集时序在降轨时为顺序，在升 轨时为逆序。受地球曲率影响，幅宽较大的数据两侧出现校正拉伸。在系统几何校正中不 同的投影方式对采集数据阵形的改变则有一些差别，等经炜度投影对高炜度区域拉伸尺度 大于低炜度区域。幅宽较大的一级数据产品其太阳高度角校正往往与局地数据投影一起处 理。不同级别的数据产品需要根据附 带定位数据分布、采集数据阵形和数据采集时序等状 况采取相应的数据插值处理。
[0024] 2.利用附带参数数据作为数据插值的参照依据天基遥感数据产品附带有相关参 数数据，利用这些参数数据作为数据插值的参照依据，包括升降轨标记、数据空间分辨率 Lm、数据采集日期Dymd (或者采集年及积日）、数据采集开始时间ts、采集结束时间te、数据总 行数队和总列数Ns，以及一些关键点像元的定位、太阳高度角等参数数据。一级数据产品 附带有固定间隔像元行数及列数N"、间隔点像元的定位和太阳高度角等参数数据；二 级数据产品附带有整幅或整景或整轨数据中心点、四周顶角点像元的定位、太阳高度角等 参数数据，如文件数据顶角经炜度，即左上角炜度(抑》)经度（Avlu)，右上角炜度经度 (入wu)，左下角炜度以以经度（Avld)，右下角炜度仏以经度（Avri)，以及整幅或整景或整 轨数据中心点太阳高度角数据（0SEF)等，有的还附带有图像数据顶角参数数据，即左上角 纬度(作)经度Ulu)，右上角炜度(〇经度（AJ，左下角炜度(料/)经度（Ald)，右下角炜度 (%/)经度（AJ。在二进制数据文件中附带参数数据，常以整数表示，数据调用时要注意小 数点移位，采用数据须符合国际单位要求，比如太阳高度角原数据已放大1〇〇倍，以整数表 示，数据调用时要乘以〇. 01，数据复原后其单位为度。
[0025] 3.按照数据精度要求、利用太阳高度角数据遵循理论依据确定数据分块大小太阳 高度角在较小的空间上和较短的时间上变化较小，在误差范围内根据校正数据精度可按一 定数量的行宽列宽分块插值计算太阳高度角，同一分块使用同一个太阳高度角数据。数据 分块大小是涉及插值密度的问题，是本技术方案的核心内容。
[0026]⑴数据分块理论依据以太阳高度角偏差特征规律和数据校正偏差率公式推论作 为确定数据分块大小的理论依据。
[0027]①太阳高度角偏差特征规律太阳高度角偏差特征规律包括一般偏差特征规律和 最大偏差特征规律。就一般偏差特征规律和最大偏差特征规律阐述如下：
[0028]㈠一般偏差特征规律太阳高度角计算可使用成熟通用公式
[0030] 式中0S#观测点太阳高度角，S为观测日太阳赤炜，p为观测点炜度，t为观 测点时角。规定赤道炜度为0°，北炜〇~+90°，南炜0~-90° ;格林尼治天文台经度为 0。，西经0~-180°，东经0~+180。。
[0031] 观测点与中心点太阳高度角偏差
[0032] 9SEV= 0 SE- 0 SE0 (2)
[0033] 式中9 _为中心点太阳高度角。
[0034] 从空间几何关系分析，0SEV分布规律：对于同一时刻，太阳垂直照射点在观测区 域内，以垂直照射点为圆心、圆心到中心点距离为半径，圆形区域内0SEV为正值，圆心点 QSEV值最大，圆周上0SEV值为零，其它区域9SEV为负值，远离圆心点9SEV值较小；太阳垂 直照射点在观测区域外，从中心点看，面向太阳这边为正值，正面对太阳方向值最大；背向 太阳这边为负值，正背对太阳方向值最小；垂直照射点到中心点距离为半径，经过中心点的 弧线上0SEV值为零；从中心点到正值负值区向外逐渐放大，出现周边效应；0SEV正值负值 分布与观测时太阳所处位置有关，出现偏转现象。0SEV与0_关系：对于同一时刻，0SE(I 增大，其周围相对应点9SE增加，反之，9SE〇减少，相对应点9SE减少。
[0035] (二)最大偏差特征规律太阳高度角偏差空间分布具有一定特征规律性。为了考察误 差极值，分析太阳高度角最大偏差：
[0036] a)计算方法计算太阳尚度角最大偏差米取如下方法：
[0037] I考察圆形区域数据整幅或整景或整轨遥感数据受地球自转、在轨道飞行方向 及其速度等影响而导致观测区域为近似菱形，为适应太阳偏转，利于衡量太阳高度角最大 偏差，以半径RA(km)的圆形区域数据为考察对象。设太阳垂直照射在该圆形区域外（含 圆边线），根据太阳高度角偏差一般特征规律，方位角等于太阳方位角的圆形区域边上点 其0SEV为正极值0SEVM+，其镜像点0SEV为负极值0SEVM_。太阳高度角最大偏差0SEVM= max( 9SEVM+，| 9SEVM_ |)，式中max表示取最大值。
[0038] II计算太阳方位角跟踪太阳偏转需计算太阳方位角。太阳方位角计算可使用成熟 通用公式
[0040] 式中0A为太阳方位角，以正南为0°，上午为0~-180°，下午为0~180°。根 据式（3)可计算某日某时刻中心点太阳方位角0 A(I。
[0041] III计算太阳方位角区域边上点经炜度求解方位角等于太阳方位角的圆形区域边 上点经炜度，需计算地球表面两点之间的距离。设地球表面两点A(AOT，AUT)和B(Bra，BUT)， 下标LON表示经度，下标LAT表示炜度。经炜度衡量尺度规定同上。设地球为正圆体，取地 球平均半径RE= 6371. 004km，地球表面A、B两点距离公式
[0042] '=REarccos(CM)Jr/180
[0043] Cmc〇sAlatC〇sBlatC〇s(AlonB"^sinA^^sinB^j(4)
[0044] 式中LAB(km)为A、B点距离，CM为计算过程中间参数，it为圆周率。
[0045] 设圆形区域中心点0(0OT，0UT)和某日某时刻方位角等于太阳方位角的圆形区域 边上点M(Mra，MUT)及其镜像点N(Nra，NUT)。在地球表面两点在炜度方向上距离与炜度差 成正比，约111. 193km等于1度炜度差宽；两点在经度方向上距离与经度差却不成正比，越 接近两极其等距离的经度差则越大，越接近赤道其等距离的经度差则越小。求解方位角等 于太阳方位角的圆形区域边上点及其镜像点经炜度，可根据几何关系由中心点炜度和方位 角余弦函数关系计算炜度值，确定其炜度值后，由地球表面两点距离公式计算其经度值。计 算边上点M(Mra，MUT)及其镜像点N(Nra，NUT)炜度和经度
[0046] Mlat= 0 lat-Racos0ao/111. 193
[0047] Nlat= 0lat+Racos0A〇/lll. 193 (5)
[0048] Mlon= 0L0N+acos((cos(180RA/ (jtRE)) -sinOLATsinMLAT) / (cosOLATcosMLAT))
[0049] Nl〇n= 0LQN-acos((cos(180RA/ (itRE)) -sinOLATsinMLAT) / (cosOLATcosMLAT))
[0050]或者ML0N=0L0N-acos((cos(180RA/ (itRE)) -sinOLATsinMLAT) / (cosOLATcosMLAT))
[0051] Nlon= 0L0N+acos((cos(180RA/ (jtRE)) -sinOLATsinMLAT) / (cosOLATcosMLAT)) (6)
[0052] 已知0点经炜度值和M点炜度值，由地球表面两点距离公式计算M点经度值时得 到两个经度值，刚好是目标点M及其对称点经度值（等于镜像点N点经度值），可结合0点 太阳方位角9A(l能区分那个是M点、那个是N点经度值。
[0053] IV最大偏差计算已知某日某时刻及经炜度值，根据式（1)可计算中心点、方位角 等于太阳方位角的圆形区域边上点、及其镜像点太阳高度角，进而计算得到太阳高度角偏 差正极值 9SEVM+和负极值9SEVM_。
[0054]b)特征规律据上分析，太阳高度角偏差0SEVM+在太阳方位角方向上，0SEVM_在太 阳方位角反方向上。以太阳垂直照射在圆形区域外为例，经不同地域、不同季节、各时点大 量资料验算，得到表1太阳高度角最大偏差0SEVM与圆形区域半径1^统计关系，有如下结 论：
[0055] 表1太阳高度角最大偏差与区域半径统计关系
[0057] 同一区域的太阳高度角偏差正极值0SEVM+与负极值0SEVM_绝对值相等；太阳高度 角最大偏差0SEVM与圆形区域半径RA为线性关系，即
[0058] 0SEVM=C:Ra (7)
[0059] 式中(^= 8.993\1〇-3(° /km)。虽然太阳高度角0^与监测地经炜度、监测日期 和监测时间有关，但是太阳高度角最大偏差0SEVM与监测地经炜度、监测日期和监测时间为 无相关关系，反映出监测地经炜度、监测日期和监测时间对于太阳高度角最大偏差9SEVM不 是实质性相关因子，与偏差圆形区域半径仏才是实质性相关因子。
[0060] 若太阳垂直照射在圆形区域里（不含圆边线），设太阳垂直照射点A，其镜像点B， 根据太阳高度角偏差一般特征规律，可得到太阳垂直照射点A与中心点0太阳高度之差 9SEVA= 9SEVM+，并且镜像点B与中心点0太阳高度之差绝对值| 0SEVB | = 0SEVA，由上述统 计规律可得I0SEVB| < | 0SEVM_|，因此 0SEVM= | 0SEVM_|，0SEVM+< 0SEVM。
[0061] ②数据校正偏差率公式推论基于同质性像元假设，只考虑太阳高度角因素差异， 由太阳高度角校正公式（注：可使用表观辐亮度公式或表观反射率公式，地表反射率公式 因大气因素复杂化，不选用）套用偏差率公式，推导出太阳高度角校正偏差率
[0062] RV% =(sin0SE〇/sin0 SE- 1)X100 (8)
[0063] 表明太阳高度角校正偏差率RV%与中心点太阳高度角0SE(I、观测点太阳高度角 9 ^因子有关。由式（2)代入式（8)，得到
[0064] RV% =(sin0SE〇/sin( 0 SE0+ 0SEV) - 1)X100 (9)
[0065] 表明太阳高度角校正偏差率RV%与中心点太阳高度角0SE(I、观测点太阳高度角偏 差9SEV因子有关。经过计算比较，当0SEV-定时，0SE(I减少，RV%增大，反之，0SE(I增大， RV%减少。
[0066] -般所言数据精度满足应用需求，若评估数据误差极值，原则上所有点数据精度 都要小于某一要求数值。太阳高度角校正最大偏差率
[0067] RV% M±=(sin0SECI/sin( 0 SE(I± 0SEVM) - 1)X100 (10)
[0068] 太阳垂直照射的遥感数据区域是个例，其9SEVM+< ; 0SEVM，0SEVM=|0SEVM_|，式中 统一使用9SEVM，可简化公式表达。对比发现，0SEVMJ^RV% "影响大于0SEVM+，在0咖较 大时，0SEVM_和0SEVM+对RV% "影响较为接近；在0咖较小时，0SEVM，RV% "影响明显 大于0SEVM+，因此，数据校正最大偏差率公式优先采用偏差负极值0SEVM_
[0069] RV% M=(sin0SE〇/sin( 0 SE〇- 0SEVM) - 1)X100 (11)
[0070] 对于数据分块，数据精度采用最大偏差率衡量，中心点太阳高度角采用附带参数 最低的太阳高度角数据，由式（11)可确定数据块的太阳高度角最大偏差，由式（7)可计算 出数据块圆形区域半径。可见，由上述推导的太阳高度角最大偏差特征规律及其校正最大 偏差率公式推论能够确定数据分块大小。
[0071] ⑵数据分块操作方法上述太阳高度角最大偏差0SEVM与圆形区域半径1^为线性关 系是假设在某一时刻下推导的结论，地球遥感整幅或整景或整轨数据采集一般发生在一个 较短的时间段内，虽然时间变化会影响太阳方位角改变，但是该结论不受时间变化影响，在 遥感数据分析中仍然成立。可见，太阳高度角偏差特征规律和数据校正偏差率公式推论，成 为了数据分块的理论依据。
[0072] ①数据分块方案太阳高度角最大偏差特征规律是通过圆形区域考察得到的，但 是，对整幅或整景或整轨数据进行几何分块却无法以圆形区域作为单元划分。为了保证分 块区域小于该圆形区域，满足数据精度要求，并使插值过程简单化，采取圆形区域最大内方 块为元数据块，块行列宽度Lp(km)，Lp= 2 1/2RA。由式（7)推导得到太阳高度角最大偏差与 方形数据块行列宽度的线性关系
[0073] 9SEVM=C2Lp (12)
[0074]式中(：2= 6.359\10-3(。/1〇11)。
[0075] ②数据分块计算根据数据用途对校正数据精度的要求，判断数据有效位需要精确 到哪一位数，确定校正数据精度大小。调用该幅或该景或该轨数据太阳高度角参数数据，或 者根据公式计算四周顶角太阳高度角参数，若有多点参数数据则以最小值为准参与计算。 由式（11)可计算出元数据块的太阳高度角最大偏差，由式（12)可计算出元数据块行列宽 度Lp，Lp=LJp，式中Ljkm)为数据空间分辨率，％为元数据块像元行列数，可确定元数据 块像元行列数Np。为了插值计算简洁，取元数据块像元行列数为同步行数的倍数
[0076]Np=INT(Lp/(LmNt))Nt (13)
[0077]式中INT表示取整，仅取整数部分，小数不进位，Nt为数据采集的同步行数。框幅 式传感器则需要特例处理，由于Nt=Ni，导致违背设想初衷，按Nt= 1计算式（13)。若出 现％= 0,小于空间分辨率则取Np= 1 ;若Np>Nr，式中队=max(Nrt，NJ，没有插值必要 则终止插值操作。
[0078] 4.根据数据状态确定数据插值模式不同的数据状态决定了采用怎样的数据插值 模式。
[0079] ⑴确定一级或二级数据产品元数据块经炜度插值模式从太阳高度角校正对影响 数据精度效果看，数据位置畸变尺度对于元数据块而言是小级别，可忽视数据位置畸变。一 级数据产品未进行系统几何校正，数据位置畸变较大，然而，可参照邻近定位点经炜度插值 就不影响数据位置插值精度；二级数据产品已进行系统几何校正，数据位置畸变较小，参照 整幅或整景或整轨数据四周顶角或中心的定位点经炜度插值可满足数据位置插值精度要 求。数据位置插值可采取参照点之间插值方式或者参照点外插值方式。宏观时空以等尺度 量度，适宜使用线性插值算法。参照点之间插值方式以定位点位置为参照，参照点之间的经 度、炜度以等尺度规律按经向、炜向线性插值；参照点外经度、炜度以等尺度规律按经向、炜 向外推线性插值。遥感数据产品附带参数数据可满足参照点之间插值方式，比如地理炜度 (或经度）线性插值:AP=AA+ (AB-AA)LPA/LBA，式中AP为插值点P炜度（或经度），AA为参 照点A炜度（或经度），AB为参照点B炜度（或经度），LPASP点到A点的炜向（或经向） 距离，LBA为B点到A点的炜向（或经向）距离。
[0080] ⑵确定一级或二级数据产品元数据块采集时间插值模式一幅或一景或一轨数据 采集所需时间较短，并且太阳高度角在时空上缓慢变化，对采集时间插值没有必要区分到 像元，可只区分到数据行。数据采集时间变化规律与传感器采集模式有关，各种传感器，例 如框幅式传感器、逐点逐行扫描式传感器、逐点多行扫描式传感器、线阵列推扫式传感器、 甚密面阵推扫式传感器和甚密线阵列扫描式传感器等采集机制各不相同，同时获取的同步 行数也不一样，采集时间插值应根据不同模式传感器其同步行数、数据采集行的时序进行 推算。宏观时空以等尺度量度，适宜使用线性插值算法。一级数据产品文件数据行与数据 采集行时序仍然相同，可按照文件数据行推算，采集时间插值公式较简单；二级数据产品已 完成系统几何校正和坐标映射，文件数据行与数据采集行已不再相同，存在一定大小夹角， 即倾斜状态，降轨时采集数据阵形扭摆西南向，升轨时采集数据阵形扭摆西北向。数据采集 时序在降轨时为顺序，在升轨时为逆序。按照倾斜的数据采集行及采集时序推算，采集时间 插值公式相对较繁琐。倾斜状态可参照采集数据阵形，数据采集行斜率可由图像数据四周 顶角定位数据计算，或者由文件数据的像元排列位置粗略计算，文件数据中各元数据块采 集时间需要根据数据采集行斜率、采集开始时间和结束时间等数据插值计算。
[0081] ⑶确定赤炜、时角参数插值模式受万有引力作用，卫星绕行星转，行星绕恒星转， 恒星绕银河系转，其运行轨道表现出非常明显的简单规律性，但是，由于其它星球引力牵 弓丨，我们的星球运行轨迹也出现扰动现象，因此，也带来天文参数计算的复杂化。式（1)太 阳高度角公式和式（3)太阳方位角公式在一般性应用的相关参数计算中较为多见，但是， 太阳赤炜和时差等天文参数的计算，有数值模拟法和理论展开式法，有多种公式；时角参数 计算引入时差订正，赤炜和时角插值则套用有关天文学者研宄设计或改进的、精度较高又 较为简洁的公式，其它相应的常见公式也可以套用。
[0082] 5.根据插值模式落实数据插值方程式根据太阳高度公式计算观测点太阳高度角 参数，需要观测点炜度、观测日太阳赤炜和观测点时角，计算观测点时角需要观测点时间和 观测点经度。确定了元数据块大小，即确定％值，可计算出元数据块行列数，当Ni-INT^/NP)NP= 0,表示末行元数据块足行，元数据块行数为INTWi/N^+l，元数据块最大行号吣= INTWi/Np)(注：从0号编起），当队一INTd/Np)%〉0,表示末行元数据块不足行，元数据 块行数为INT^/N^+Z，元数据块最大行号吣=INTA/N^+l;当Ns-INT(NS/NP)NP= 0， 表示末列元数据块足列，元数据块行数为INT(NS/NP)+1，元数据块最大列号Ms=INT(NS/NP) (注：从0号编起），当Ns-INT(NS/NP)NP> 0,表示末列元数据块不足列，元数据块列数为 INT(Ns/Np)+2,元数据块最大列号Ms=INT(NS/NP)+1。设m、n分别为元数据块行列号，无符 整数，0彡m彡Mp0彡n彡Ms，需落实观测点炜度."=冲》，")、观测点经度入m，n=入（m，n)、 观测点时间1^=1:(111，11)、观测日太阳赤炜8111， 11=6(111，11)、观测点时角1：111，11=1：(111，11) 的具体形式。经炜度衡量尺度规定同上，以国际时计时，行增序方向与炜度增序方向相反。 一级与二级数据产品的插值模式不同，其插值方程式也不一样。对一级、二级数据产品元数 据块经炜度、采集时间和赤炜、时角的插值方程式介绍如下：
[0083] ⑴一级数据产品元数据块经炜度、采集时间插值方程式元数据块中心点经炜度和 采集时间插值方程式具体落实如下：
[0084] ①元数据块中心点经炜度插值方程式地理经炜度可采取线性插值或双线性插值， 以线性插值为例。根据一级数据产品相应的插值模式，元数据块中心点经炜度插值是依靠 邻近定位点数据为参照。设固定间隔点像元行列数分别为、队s，第1个间隔点起始像元 行列数分别为Nrl(l、N_元数据块（m，n)中心点位于数据像元位置（Np(m+0. 5)，Np(n+0. 5))， 设Nrim=Np(m+〇. 5) -Nrl。，Nrsn=Np(n+0. 5) -Nrs。，元数据块中心点与相邻定位点一般有 4种状况：
[0085] ㈠元数据块中心点与定位点重合，满足INT(Nrlm/Nrl)Nrl=Nrll^PINT(Nrsn/Nrs)Nrs = Nrsn条件，重合参照点C_m，n位于定位点位置，读取定位点数据，得到元数据 块中心点经炜度
[0087]入 m,n=入 c-m,n (14)
[0088] ㈡元数据块中心点在两个同行相邻定位点之间，满足INT(N^/Nri)Nrt=Nrini和 INT(Nrsn/Nrs)Nrs<Nrsn条件，左参照点L_m，nfe于定位点位置（Nrlm/Nrl，INT(Nrsn/Nrs))，右参照 点R_m，n位于定位点位置（Nrtm/Nri，INT(Nren/Nj+l)。读取定位点数据丄m，n炜度你__、经度 入炜度卿^、经度X 。根据邻近定位点位置和距离线性插值，得到元数据块中 心点经炜度
[0090] 入m，n=入 L-m，n+ (人 K-m，n-入 L-m，n)X(Nrsn-INT(Nrsn/Nrs)Nrs) /Nrs (15)
[0091] ㈢元数据块中心点在两个同列相邻定位点之间，满足INT(Nrtni/Nri)Nrt<Nrini和 INT(Nrsn/NjNrs=Nrsn条件，上参照点U_m，nfe于定位点位置（INT(Nrlm/Nrl)，Nrsn/Nrs)，下参照 点D_m，n位于定位点位置（INTd/D+LN^/Nj。读取定位点数据：U_m，n炜度^/」》."、经度 入炜度卿__、经度AD^。根据邻近定位点位置和距离线性插值，得到元数据块中 心点经炜度
[0093] 人 m,n=(入 D-m,n+人u-m,n)/2 (16)
[0094] ㈣元数据块中心点与相邻定位点不同行不同列，满足INT(Nrtni/Nri)Nrt<Nrini和 INT(Nrsn/NJNrs<Nrsn条件，左上参照点LU_m，"位于定位点位置（INT(Nrlm/Nr l)，INT(Nrsn/ NJ)，右上参照点冊m，n位于定位点位置（INT(Nrlm/Nrl)，INT(Nrsn/Nj+l)，左下参照点LD_ m，n位于定位点位置（INT(Nrim/Nri)+l，INT(Nren/Nj)，右下参照点RD_m，n位于定位点位置 (INT(Nrlm/Nrl)+l，INT(Nrsn/Nrs)+l)。读取定位点数据：LU_m，n炜度攸心,"、经度入LU_m，n;RU_m，n 炜度卿_、经度XRU_m，n;LD_m，n炜度你￡>-m,H、经度XLD_m，n;RD_m，n炜度卿r>-w,?、经度ARD_m，n。根 据邻近定位点位置和距离线性插值，得到元数据块中心点经炜度
[0096] Xm，n-(XLU-m，n+ALD-m，n+(入 RU-m，n - XLU-m，n+A肋―m，n-XLDjl；n)X
[0097] (Nrsn-INT(Nrsn/Nrs)Nrs)/Nrs)/2 (17)
[0098] 特殊情况，在首行、末行、首列和末列等临近的元数据块中心点经炜度插值中，若 元数据块中心点不在两个定位点之间，也不与某个定位点重合，则以邻近定位点经炜度值 为参照插值。
[0099] ②元数据块中心点采集时间插值方程式根据一级数据产品相应的插值模式，元数 据块中心点采集时间插值按数据采集行推算，且数据采集行与文件数据行同序。设数据采 集同步行数为Nt，对于框幅式传感器，te=ts，Nt=N1;对于逐行扫描式传感器，Nt= 1。Nt 间隔时间tt=(t13)八队/队)，得到元数据块中心点采集时间
[0100] tm；n=ts+(te-ts)X(m+0. 5)^/^ (18)
[0101] 框幅式传感器ts。
[0102] ⑵二级数据产品元数据块经炜度、采集时间插值方程式根据二级数据产品相应的 插值模式，元数据块中心点经炜度插值以整幅或整景或整轨数据四周顶角定位数据为依 据，元数据块中心点采集时间插值按倾斜的数据采集行和采集时序推算。
[0103] ①元数据块中心点经炜度插值方程式对元数据块中心点经度、炜度分别插值：
[0104] ㈠元数据块中心点炜度：左边行密度W,) /况，右边行密度 /v -外?) /iVz，在实际数据中，左边行密度与右边行密度一般略有差异，行密度外 取值为线性行密度
[0106] 外可简单取值为平均行密度，即/^=(Pvw-奶灼?) / (2iV/)，得到元数据 块中心点炜度
[0107]
[0108] ㈡元数据块中心点经度：上端列密度PXu=(XAvlu)/Ns，下端列密度PXd =(Xwd -XVld)/Ns，在实际数据中，上端列密度与下端列密度也略有差异，列密度Px取 值为线性列密度
[0109] Pa=(入 vru-入viu)/Ns+n(入 vrd-入 vld-入 vru+入Vlu)/(MSNS) (21)
[0110] Pa可简单取值为平均列密度，即Pa=(入vru-入viu+入Wd-入vid)/2NS，得到兀 数据块中心点经度
[0111] 入 m，n=入Vlu+P"n+0.5)Np (22)
[0112] ②元数据块中心点采集时间插值方程式落实采集时间插值方程式包括数据采集 行斜率计算和按采集时序插值：
[0113] (-)数据采集行斜率计算数据采集行斜率可由整幅或整景或整轨四周顶角定位数 据计算，或由文件数据的像元排列位置粗略计算：
[0114]a)顶角定位数据计算若附带有整幅或整景或整轨图像数据顶角参数数据， 可计算图像数据采集行斜率：数据采集行上端斜率竑 =(外《-??/?)/(4?-山")，下端斜率 和/一办/)/⑷一2W)。在实际数据中，数据采集行上端斜率与下端斜率一般略有差异， 数据采集行斜率、"取值为线性斜率
[0115] km；n=ku+m(kd-ku) /Mx (23)
[0116] 、"可简单取值为平均斜率，即km，n= (ku+kd)/2。
[0117] b)像元排列位置计算调用数据文件中图像数据顶角像元排列位置，得到上左点位 置（Cmlu，Cnlu)、上右点位置（C_，cmu)、下左点位置（cmld，cnld)和下右点位置（c"d，cmd)。行 增序方向与炜度增序方向相反，数据采集行上端斜率ku= (：_)八(：_一cnlu)，下端 斜率kd= (c^-c"dv(cmrcnld)。在实际数据中，数据采集行上端斜率与下端斜率一般 略有差异，数据采集行斜率、"取值为线性斜率
[0118] km；n=ku+m(kd-ku)/M1 (24)
[0119] 、"可简单取值为平均斜率，即km，n= (ku+kd)/2。
[0120] (=)按采集时序插值数据采集时序有顺序和逆序之分，顺序斜率为负，逆序斜率为 正。根据数据采集时序选择顺序插值方式，或逆序插值方式：
[0121] a)采集时间顺序插值对文件数据处理，一般从其左侧上端开始，到右侧下端结束， 由于数据采集行倾斜，即使采集时序是顺序，文件数据行列开始端和结束端并不对应于数 据采集时间的开始和结束。求解元数据块中心点采集时间，需要计算数据采集行斜率 km，n、数据采集开始时间到结束时间所对应文件数据行数Nse、每行平均占用时间A、以及文 件数据左侧上端开始时间tvs。按顶角定位数据计算，倾斜列前增列数Nsu=Ns(Alu-Avlu)/ (入Xvlu)，倾斜列后空列数Nsd=NsUrd-XvldV(Awd-Avld);按像元排列位置计 算，Nsu=Cnlu，Nsd=C nrd^nld° 数据采集开始时间ts到结束时间te所对应文件数据行数
[0122] Nse=N厂kuNsu+kdNsd (25)
[0123] 每行平均占用时间
[0124] tx= (te-ts)/Nse (26)
[0125] 文件数据左侧上端开始时间
[0126] tvs=ts-kuNsuti(27)
[0127] 元数据块中心点采集时间
[0128] tm，n=tvs+MOn+O. 5)+km，n(n+0. 5))Np (28)
[0129] b)采集时间逆序插值同上分析，由于数据采集行倾斜，即使采集时序是逆序，文件 数据行列开始端和结束端也不对应于数据采集时间的结束和开始。求解元数据块中心点 采集时间tm，n，需要计算数据采集行斜率km，n、数据采集开始时间到结束时间所对应文件数 据行数Nse、每行平均占用时间&、以及文件数据左侧上端结束时间tve。按顶角定位数据计 算，倾斜列前空列数Nsu=NsUAvlu)八Awu-Avlu)，倾斜列后增列数Nsd=NsUld- Avid)/(xWd-U;按像元排列位置计算，Nsu=Cmu-Cnlu，Nsd=Cnld。数据采集开始时 间ts到结束时间te所对应文件数据行数
[0130]Nse=N厂kuNsu+kdNsd (29)
[0131] 每行平均占用时间
[0132] tx= (te-ts)/Nse (30)
[0133] 文件数据左侧上端结束时间
[0134] tve=te+kuNsuti(31)
[0135] 元数据块中心点采集时间
[0136] tm；n=tve-t^(m+O. 5)+km；n(n+0. 5))NP (32)
[0137] ⑶赤炜、时角参数数据插值方程式赤炜和时角插值则套用有关天文学者研宄设计 或改进的、精度较高又较为简洁的公式，其它相应的常见公式也可以套用。以王炳忠等学者 改进的太阳赤炜、时角等天文参数公式为例，这些公式融入了年度、经度和时刻等订正。
[0138] ①赤炜参数数据插值方程式太阳赤炜是地球赤道平面与太阳和地球中心的连线 之间的夹角，太阳赤炜公式
[0139] 8 = 0. 3723+23. 2567sin0 +0. 1149sin2 0 - 0. 1712sin3 0 - 0. 758cos0 +0. 36 56cos2 9 +0. 0201cos3 9
[0140] 0 = 2 3i(Jd- (79. 6764 + 0. 2422(Jy- 1985) -INT((Jy - 1985)/4)) +AJ)/365. 2422 (33)
[0141] 式中0称日角（rad)，Jd为积日，积日为日期在年内的天数，由采集日期Dymd计 算，Jy表示监测年份，AJ为修正值（d)，AJ=AJ1+AJ2，式中A;为经度修正，八八为 时刻修正。八1=-〇. 00278AC，式中\为监测地经度（° )，AJ2=T/24,式中T为监 测地国际时时间（h)，若计时采用地方时，需根据时差将地方时转换为国际时。AJ值只需 保留小数点后两位有效数。太阳赤炜S即当地当日太阳直射地球的炜度，为年周期函数， 在-23° 26'~+23° 26'范围内移动，从采集数据幅宽和采集时间等因素看，对于某幅或 某景或某轨数据之中的各元数据块会使S产生变化，但是，变化却甚小，可视作S与元数 据块行列无关，即Sm，n= 6。折中，取X。为整幅或整景或整轨数据中心点经度，取T为整 幅或整景或整轨数据中心点国际时时间，计算修正值。
[0142] ②时角参数数据插值方程式观测点时角即从观测点地球子午圈至太阳正对地 球子午圈的夹角，以当地真太阳时计算，时角正午时为0°，每小时相差15°，午前为 0~-180°，午后0~+180°，以元数据块参数表示，时角公式
[0143] Tm,n= 15(tm,n+At/6〇) + ^m,n_ 180
[0144] At= 0?0028 - 1. 9857sin9 +9. 9059sin2 9 - 9. 0924cos9 -0?6882cos29 (34)
[0145] 式中^为元数据块时角，tm，n为元数据块国际时采集时间（h)，X为元数据块 经度（° )，At为真平太阳时差（min)，0按式（33)计算。
[0146] 6.根据插值方程式计算各项插值数据需要计算的各项插值数据有Am，n、 tm，n、Tm，l^ 5,其中 〇 彡m<Ml，〇<n<Ms。先计算 8,可一边对?Vh、人m，n、tm，n、Tm，J| 值，一边计算太阳高度角0SEm，n，或者全部对外V、人^、、^ 完成插值后，再统一计算 Q U SEm,n°
[0147] ⑴边插值边计算编制 程序代码处理数据时，建立，X、t、S、t变量，先计算S， 其它变量以元数据块行列号为控制，根据相应的插值方程式计算每个元数据块插值，？^.?赋 值给…赋值给赋值给t、T_赋值给T，每个元数块插值完成，则计算相应 ^SEm, n?
[0148] ⑵全部完成插值再计算建立S变量和行为W+l、列为Ms+1的…A、t、t数组， 根据相应的插值方程式先计算S，其它变量每个元数据块插值，赋值给P数组、武 值给A数组、tm，n赋值给t数组、tmJ!武值给T数组，统一完成插值再调用插值数组数据 计算各项0SEnin〇
[0149] 7.利用插值数据计算各元数据块太阳高度角参数太阳高度角是指某地太阳光线 与该地作垂直于地心的地表切线的夹角，其随着观测点、地方时和太阳赤炜的变化而变化。 增加太阳高度角数据需要依靠插值数据支撑，根据太阳高度角公式，代入由插值得到的参 数数据计算各元数据块太阳高度角参数。由太阳高度角公式，得到太阳高度角插值方程式
[0151] 可一边插值Amn、tm，n、，一边计算相应0SEmn，或者全部完成插值 入 1^、1，11、\，11后，再统一计算各项0恤11。建立行为吣+1、列为札+1的0此数组，将插值 数据1^和6代入式（35)，计算每个元数据块太阳高度角0 SEni，n，赋值给 0SE数组，或者将0SE数组转存为数据文件，便于太阳高度角校正软件调用。
[0152] 极轨遥感卫星考虑获取资料的需要，普遍采用太阳同步轨道。地球同步轨道卫星 (简称静止卫星）由于其沿赤道绕地球转，并在赤道上空与地球保持静止状态，虽然轨道状 态没有升轨和降轨的说辞，对于一级数据产品采集数据陈形和数据采集时序与极轨卫星一 致；对于二级数据产品采集数据陈形及数据采集时序也是由地球自转、在轨道飞行方向及 其飞行速度、传感器推扫方向等因素决定的，只是卫星在轨道抵消了地球自转因素，简化只 看传感器推扫方向因素。采集数据陈形为方形，按传感器推扫方向不同，或倾斜或水平或 垂直等状态，若传感器推扫方向从北向南，数据采集时序为顺序，若从南向北则为逆序；采 集数据陈形为倾斜状态，采集时间与行、列都有关，为水平状态则只与行有关，与列无关，为 垂直状态则只与列有关，与行无关。可见，一级数据产品元数据块经炜度插值及采集时间插 值、二级数据产品元数据块经炜度插值等可直接参照极轨卫星方式的相应处理，只是二级 数据产品元数据块采集时间插值则更复杂，不仅有扭摆西南向顺序插值和扭摆西北向逆序 插值，还有扭摆东南向顺序插值、扭摆东北向逆序插值、水平顺序插值、水平逆序插值、垂直 左向右推扫插值和垂直右向左推扫插值。扭摆西南向顺序插值和扭摆西北向逆序插值可直 接参照极轨卫星方式的相应处理，其它形式的元数据块采集时间插值可借鉴极轨卫星方式 的思路进行处理。宇宙飞船和航天飞机一级数据产品采集数据陈形和数据采集时序与极轨 卫星一致；虽然在轨状态可能更复杂，简化归类，二级数据产品采集数据陈形和数据采集时 序与静止卫星类似。形成怎样的采集数据陈形，主要在系统几何校正、坐标映射中考虑完成 的工作，采集时间插值只需参考此前校正中得出的采集数据陈形结论。因此，宇宙飞船和航 天飞机一级或二级数据产品元数据块经炜度插值、采集时间插值同样可参照极轨卫星、静 止卫星等方式的相应处理。静止卫星、宇宙飞船和航天飞机一级或二级数据产品其它步骤 可直接参照极轨卫星方式的相应处理。
[0153]以NOAA/AVHRR卫星遥感一级数据产品和HJ-1/C⑶卫星遥感二级数据产品两个实 施例作进一步说明。
[0154]实施例一：NOAA/AVHRR卫星遥感一级数据产品分块插值计算太阳高度角的方法
[0155]NOAA/AVHRR卫星遥感一级数据产品分块插值计算太阳高度角的方法，包括：
[0156] 1.确认遥感数据状态以便采取相应处理使用卫星数据是NOAA/AVHRR卫星遥感一 级数据产品，已完成数据定位、辐射定标，适宜实施太阳高度角校正。采集数据阵形、数据采 集时序与〇级相同，文件数据行与数据采集顺序一致。数据产品为5通道1B数据格式的二 进制数据文件，多为40~100MB，幅宽2800km。空间分辨率较低，整幅数据较宽，太阳高度 角校正往往与局地数据投影一起处理。数据产品状态与数据插值模式有关。
[0157] 2.利用附带参数数据作为数据插值的参照依据数据产品附带相关参数数据有：升 降轨标记Ud、数据空间分辨率Lm(星下点1.lkm)、数据采集年及其积日、数据采集开始时间 ts、采集结束时间te、数据总行数队和总列数Ns(2048)、固定间隔点像元的定位和太阳高度 角等参数数据。还附带有每行扫描线时间，每行安排51个固定间隔点，第一个间隔点在每 行25列，间隔列数NJ% 40,间隔行数1。参数数据附带在二进制数据文件记录头里， 每个太阳天顶角数据占1个字节，前7位为整数，后1位为小数，该数据单位为1/2度；地理 经炜度每个数据占2个字节.按炜度、经度顺序排列，前9位为整数，后7位为小数，该数据 单位为1/128度。在调用这些附带参数数据时，应该准确读取并作相应处理。利用这些参 数数据作为数据插值的参照依据。
[0158] 3.按照数据精度要求、利用太阳高度角数据遵循理论依据确定数据分块大小包括 数据分块理论依据和数据分块操作方法。数据分块理论包括太阳高度角偏差特征规律和数 据校正偏差率公式推论，数据校正偏差率公式推论确立数据校正偏差率与太阳高度角偏差 的关系，太阳高度角偏差特征规律确立数据块行列宽度与太阳高度角偏差的关系；数据分 块操作方法包括数据分块方案和数据分块计算。数据分块采取圆形区域最大内方块为元 数据块，数据精度采用最大偏差率衡量，根据需要确定最大偏差率，比如确定最大偏差率为 1%，采用附带参数最低的太阳高度角数据，由式（11)计算出元数据块的太阳高度角最大 偏差，由式（12)计算出元数据块行列宽度Lp，由式（13)计算出元数据块像元行列数Np。
[0159] 4.根据数据状态确定数据插值模式不同的数据状态决定了采用怎样的数据插值 模式。⑴一级数据产品元数据块经炜度插值模式：一级数据产品未进行系统几何校正，数据 位置畸变较大，可参照邻近定位点经炜度插值，就不影响数据位置插值精度；宏观时空以等 尺度量度，适宜使用线性插值算法。参照点之间插值方式以定位点位置为参照，参照点之间 的经度、炜度以等尺度规律按经向、炜向线性插值；遥感数据产品附带参数数据可满足参照 点之间插值方式。⑵一级产品元数据块采集时间插值模式：一幅数据采集时间较短，采集时 间插值只区分到数据行。使用逐行扫描式传感器，逐行推进。宏观时空以等尺度量度，适宜 使用线性插值算法。采集时间插值应按照数据采集行的时序进行推算。一级数据产品文件 数据行与数据采集行时序仍然相同，可按照文件数据行推算，采集时间插值公式较简单。⑶ 确定赤炜、时角参数插值模式：计算太阳赤炜、时差等天文参数有数值模拟法和理论展开式 法，有多种公式，时角参数计算引入时差订正，赤炜和时角插值则套用有关天文学者研宄设 计或改进的、精度较高又较为简洁的公式，其它相应的常见公式也可以套用。
[0160] 5.根据插值模式落实数据插值方程式NOAA/AVHRR卫星遥感一级数据产品幅宽较 宽，通常通过局地投影裁剪一定范围、需要用到的局部数据。在局地投影之前先安排太阳高 度角校正，并借局地投影设置参数之机对投影范围使用到的固定间隔点定位、太阳高度角、 采集开始时间、结束时间等参数数据从新整理，与投影区域数据建立对应关系，便于数据准 确调用；在新设定的投影区域数据范围内对其像元、元数据块分别独立行列编号，以该区域 像元行列号和元数据块行列号为控制进行数据处理。需要落实一级数据产品元数据块中心 点经炜度、采集时间、赤炜、时角的插值方程式。元数据块中心点经炜度插值对于一级数据 产品是依赖固定间隔点定位数据为参照，元数据块中心点与参照点如上所述一般有4种情 况，但是，间隔点行数Nri= 1，出现2种情况，其一为元数据块中心点与定位点重合，其二为 元数据块中心点在两个同行定位点之间。元数据块中心点与定位点重合，按式（14)处理， 元数据块中心点在两个同行定位点之间，按式（15)处理。一级数据产品数据采集时序与文 件数据行一致，采集时间插值按式（18)处理，或者直接调用每行扫描时间。赤炜参数插值 套用公式按式（33)处理，时角参数插值套用公式按式（34)处理。特殊情况，在首列和末列 等临近的元数据块中心点经炜度插值中，若元数据块中心点不在两个定位点之间，也不与 某个定位点重合，则以邻近定位点经炜度值为参照插值。
[0161] 6.根据插值方程式计算各项插值数据利用附带参数数据根据相应的插值方程式 计算和,《、人^、、^ ^^和S各项插值数据。
[0162] 7.利用插值数据计算各元数据块太阳高度角参数根据太阳高度角公式，代入由插 值得到的参数数据，计算各元数据块太阳高度角参数。
[0163] 实施例二：HJ-1/CXD卫星遥感二级数据产品分块插值计算太阳高度角的方法
[0164]HJ-1/C⑶卫星遥感二级数据产品分块插值计算太阳高度角的方法，，包括：
[0165] 1.确认遥感数据状态以便采取相应处理使用卫星数据是HJ-1/C⑶卫星数据二级 数据产品，已完成数据定位、辐射定标、系统几何校正和坐标映射，适宜实施太阳高度角校 正。受地球自转、在轨道飞行方向及其速度和传感器推扫方向等影响，二级数据产品降轨时 采集数据阵形扭摆西南向（参见图6)，升轨时采集数据阵形扭摆西北向。数据采集行与文 件数据行存在一定大小夹角，数据采集时序在降轨时为顺序，在升轨时为逆序。数据产品为 2级4通道4个TIF数据文件，多为790~898MB，幅宽360km。数据产品状态与数据插值模 式有关。
[0166] 2.利用附带参数数据作为数据插值的参照依据数据产品附带相关参数数据有：升 降轨标记Ud、数据空间分辨率Lm(30km)、采集日期Dymd、采集开始时间ts、采集结束时间te、 数据总行数队和总列数NS，以及整景数据中心点、四周顶角点像元的定位、太阳高度角等 参数数据，如文件数据顶角经炜度，即左上角炜度(奶*)经度（Avlu)，右上角炜度(％?)经度 (入wu)，左下角炜度(料/)经度（Avld)，右下角炜度(外4经度（Avrd)，以及整幅数据中心点太 阳高度角数据（0SEF)等，还附带有图像数据顶角参数数据，即左上角炜度(仰,)经度（Alu)， 右上角炜度(和,)经度（AJ，左下角纬度(料/)经度（Ald)，右下角炜度(外(/)经度（AJ。参数 数据记录在与TIF数据文件同名、后缀为 XML的文件中。利用这些参数数据作为数据插值 的参照依据。
[0167] 3.按照数据精度要求、利用太阳高度角数据遵循理论依据确定数据分块大小包括 数据分块理论依据和数据分块操作方法。数据分块理论包括太阳高度角偏差特征规律和 数据校正偏差率公式推论，数据校正偏差率公式推论确立数据校正偏差率与太阳高度角偏 差的关系，太阳高度角偏差特征规律确立数据块行列宽度与太阳高度角偏差的关系；数据 分块操作方法包括数据分块方案和数据分块计算。数据分块采取圆形区域最大内方块为 元数据块，数据精度采用最大偏差率衡量，根据需要确定最大偏差率，比如确定最大偏差率 为0. 1%，采用附带景数据中心点太阳高度角数据，由式（11)计算出元数据块的太阳高度 角最大偏差，由式（12)计算出元数据块行列宽度Lp，由式（13)计算出元数据块像元行列数 Np〇
[0168] 4.根据数据状态确定数据插值模式不同的数据状态决定了采用怎样的数据插值 模式。⑴二级数据产品元数据块经炜度插值模式：二级数据产品已进行系统几何校正，数据 位置畸变较小，参照整景数据四周顶角或中心的定位点经炜度插值，可满足数据位置插值 精度要求。宏观时空以等尺度量度，适宜使用线性插值算法。数据位置插值可采取参照点之 间插值方式，以定位点位置为参照，参照点之间的经度、炜度以等尺度规律按经向、炜向线 性插值。遥感数据产品附带参数数据可满足参照点之间插值方式。⑵二级产品元数据块采 集时间插值模式：一景数据采集所需时间较短，对采集时间插值只区分到数据行。使用线阵 列推扫式传感器，逐行推进。二级数据产品降轨时采集数据阵形扭摆西南向，升轨时采集数 据阵形扭摆西北向。数据采集行与文件数据行存在一定大小夹角，数据采集时序在降轨时 为顺序，在升轨时为逆序。宏观时空以等尺度量度，适宜使用线性插值算法。按照倾斜的数 据采集行及采集时序推算，采集时间插值公式相对较繁琐。倾斜状态可参照采集数据阵形， 数据采集行斜率可由四周顶角定位数据计算，或者由文件数据的像元排列位置粗略计算， 文件数据中各元数据块采集时间需要根据数据采集行斜率、采集开始时间和结束时间等数 据插值计算。⑶确定赤炜、时角参数插值模式：赤炜和时角插值则套用有关天文学者研宄设 计或改进的、精度较高又较为简洁的公式，其它相应的常见公式也可以套用。
[0169] 5.根据插值模式落实数据插值方程式根据二级数据产品相应的插值模式，元数据 块中心点经炜度插值以整景数据四周顶角定位数据为依据，元数据块中心点采集时间插值 按倾斜的数据采集行和采集时序推算。以降轨为例，受地球自转、在轨道飞行方向及其速度 等影响，采集数据阵形扭摆西南向，采集时序为顺序。需要落实二级数据产品元数据块中 心点经炜度、采集时间、赤炜、时角的插值方程式。求解元数据块中心点炜度，是通过先 计算炜度行密度，以开始行炜度为依据，参照式（20)处理；同理，求解元数据块中心点经度 入^，先计算经度列密度，以开始列经度为依据，参照式（22)处理；求解元数据块中心点采 集时间tm，n，需要计算数据采集行斜率km，n、数据采集开始时间到结束时间所对应文件数据 行数Nse、每行平均占用时间、以及文件数据左侧上端开始时间tvs，采集时序为顺序，计算km，n、NS6、&、tvs分别参照式（23)、式（25)、式（26)、式（27)处理，计算tm，n参照式（28)处 理。赤炜参数插值套用公式按式（33)处理，时角参数插值套用公式按式（34)处理。升轨 时，采集时序为逆序，与顺序插值类似，参照前述相应公式处理。
[0170] 6.根据插值方程式计算各项插值数据利用附带参数数据根据相应的插值方程式 计算Am，n、tm，n、Tm，n和S各项插值数据。
[0171] 7.利用插值数据计算各元数据块太阳高度角参数根据太阳高度角公式，代入由插 值得到的参数数据，计算各元数据块太阳高度角参数。
[0172] 卫星等天基遥感数据产品多为多波段（或称多通道）遥感数据，比如NOAA/AVHRR 为5波段和HJ-1/CCD为4波段等，某幅或某景或某轨产品各个波段数据一般为同地域同幅 宽同时采集，使用某幅或某景或某轨产品附带参数为插值依据进行分块插值计算得出的太 阳高度角数据只适用于该幅或该景或该轨产品各个波段数据。
[0173] 采用数据校正最大偏差率衡量数据精度则较为苛刻，也可采用平均偏差率等衡 量。由数据校正平均偏差率公式确立数据校正平均偏差率与太阳高度角平均偏差的关系， 根据太阳高度角偏差特征规律建立太阳高度角平均偏差与数据块行列宽度的关系，可确定 元数据块大小。由数据校正平均偏差率建立的数据插值密度方法同样达到较好的数据校正 效果。从工程实现来看，数据分块方案采用圆形区域最大内方块为单元分块最理想，其实， 采用与圆形区域等面积方块为单元分块，或者采用圆形区域最小外方块为单元分块等，其 效果同样很好，因为同样有圆形区域参照。类似这些更改都是在本技术方案中指导下实现 的。
[0174] 本文三角函数角的默认单位以度（° )表示，用计算机语言编程要注意三角函数 角的单位，比如IDL语言三角函数角的默认单位是弧度（rad)，在使用中若为默认状态或弧 度方式，需将角度值以弧度表示，式（4)中jt/180、式（6)中180/jt应相应去掉。
【主权项】
1. 一种确定天基遥感太阳高度角数据密度的方法，其特征在于，包括数据分块理论依 据和数据分块操作方法；所述数据分块理论依据，即通过数据校正偏差率公式推论确立数 据校正偏差率与太阳高度角偏差的关系，通过太阳高度角偏差特征规律确立数据块行列宽 度与太阳高度角偏差的关系，以太阳高度角偏差特征规律和数据校正偏差率公式推论作为 数据分块的理论依据；所述数据分块操作方法，包括数据分块方案和数据分块计算；所述 数据分块方案，即对整幅或整景或整轨数据无法按圆形区域分块，为了满足数据精度要求， 并使插值过程简单化，采取圆形区域最大内方块为元数据块；所述数据分块计算，即根据数 据用途确定校正数据精度大小，调用或计算太阳高度角参数数据，由数据校正偏差率公式 计算元数据块的太阳高度角偏差，依据数据块行列宽度与太阳高度角偏差的关系计算出元 数据块行列宽度，确定元数据块大小；在遥感数据处理中元数据块大小确定，并且每个元数 据块共同使用一个太阳高度角数据，也就确定了遥感数据的太阳高度角数据密度。2. -种天基遥感分块插值计算太阳高度角的方法，其特征在于，是基于插值法以分 块形式得到元数据块中心点经炜度值和采集时间，根据公式计算元数据块太阳高度角的方 法，包括下列步骤： (1) 确认遥感数据状态以便采取相应处理； (2) 利用附带参数数据作为数据插值的参照依据； (3) 按照数据精度要求、利用太阳高度角数据遵循理论依据确定数据分块大小； (4) 根据数据状态确定数据插值模式； (5) 根据插值模式落实数据插值方程式； (6) 根据插值方程式计算各项插值数据； (7) 利用插值数据计算各元数据块太阳高度角参数； 在步骤（1)中，所述确认遥感数据状态以便采取相应处理，即遥感数据产品从校正数 据状况可分为O~五级，确认数据校正级别，落实数据产品是否已经完成数据定位、辐射定 标、系统几何校正和坐标映射，不同级别的数据产品需要根据附带定位数据分布、采集数据 阵形和数据采集时序的状况采取相应的数据插值处理； 在步骤（2)中，所述利用附带参数数据作为数据插值的参照依据，即天基遥感数据产 品附带有相关参数数据，利用这些参数数据作为数据插值的参照依据； 在步骤（3)中，所述按照数据精度要求、利用太阳高度角数据遵循理论依据确定数据 分块大小，包括数据分块理论依据和数据分块操作方法；所述数据分块理论依据，即通过 数据校正偏差率公式推论确立数据校正偏差率与太阳高度角偏差的关系，通过太阳高度角 偏差特征规律确立数据块行列宽度与太阳高度角偏差的关系，以太阳高度角偏差特征规律 和数据校正偏差率公式推论作为数据分块的理论依据；所述数据分块操作方法，包括数据 分块方案和数据分块计算；所述数据分块方案，即对整幅或整景或整轨数据无法按圆形区 域分块，为了满足数据精度要求，并使插值过程简单化，采取圆形区域最大内方块为元数据 块；所述数据分块计算，即根据数据用途确定校正数据精度大小，调用或计算太阳高度角参 数数据，由数据校正偏差率公式计算出元数据块的太阳高度角偏差，依据数据块行列宽度 与太阳高度角偏差的关系计算出元数据块行列宽度，确定元数据块大小。3. 如权利要求2所述的天基遥感分块插值计算太阳高度角的方法，其特征在于，所述 根据数据状态确定数据插值模式，包括：确定一级或二级数据产品元数据块经炜度插值模 式；确定一级或二级数据产品元数据块采集时间插值模式；确定赤炜、时角参数插值模式。4. 如权利要求3所述的天基遥感分块插值计算太阳高度角的方法，其特征在于，所述 根据插值模式落实数据插值方程式，包括：根据相应的插值模式，落实一级数据产品元数据 块经炜度插值方程式和采集时间插值方程式；或者根据相应的插值模式，落实二级数据产 品元数据块经炜度插值方程式和采集时间插值方程式；根据赤炜、时角参数插值模式，落实 赤炜、时角参数插值方程式。5. 如权利要求4所述的天基遥感分块插值计算太阳高度角的方法，其特征在于，所述 根据插值方程式计算各项插值数据，即利用附带参数数据根据相应的插值方程式计算各项 插值数据。6. 如权利要求5所述的天基遥感分块插值计算太阳高度角的方法，其特征在于，所述 利用插值数据计算各元数据块太阳高度角参数，即根据太阳高度角公式，代入由步骤（6) 计算所得的各项插值数据，计算各元数据块太阳高度角参数。
【专利摘要】本发明涉及天基遥感分块插值计算太阳高度角的方法，包括确认遥感数据状态；以附带参数数据作为插值参照；遵循理论依据确定数据分块大小；确定数据插值模式；落实数据插值方程式；计算各项插值数据；计算各元数据块太阳高度角参数。适当增加太阳高度角数据，弥补了天基遥感太阳高度角数据不足；建立了确定天基遥感太阳高度角数据密度的方法和计算公式，利于确定合理的太阳高度角数据分布；充分提高天基遥感太阳高度角校正数据精度，利于遥感地物反演和识别；采用本技术方案，一级数据产品不需携带固定间隔点太阳高度角数据；技术方法具有易理解、易实现、实用佳和高精度等特点。
【IPC分类】G01C1/00
【公开号】CN104897130
【申请号】CN201510340050
【发明人】张行清
【申请人】广西壮族自治区气象减灾研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月18日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及天基遥感分块插值计算太阳高度角的方法，属于遥感技术领域。 技术背景
[0002] 卫星、宇宙飞船和航天飞机等天基对地遥感获取数据过程中受到遥感平台和自然 环境等多种因素的制约，在遥感反演之前必须对遥感数据进行定位、辐射和几何等方面的 校正。太阳对地球的辐射中，太阳高度角具有日周期和年周期变化，对观测点的辐亮度影响 甚大。太阳辐射类地球遥感以辐亮度反演地物则不利于对地物的识别，不符合定量遥感的 要求。天基遥感太阳高度角校正有3个主流模式，即表观辐亮度、表观反射率和地表反射率 等模式，主流模式在理论上都比较成熟，许多文献对其作了较为严谨的推介。太阳高度角校 正实质上只是辐射角度问题，在主流模式上所起到的作用都一样。还有其它模式，如栗琳等 学者用关系模型来研宄太阳高度角校正。在遥感数据预处理中，太阳高度角校正是太阳辐 射类地球遥感数据校正中的一项常态性处理工作。
[0003] 遥感数据产品提供太阳高度角参数数据不足，遥感数据是大数据，若每个像元或 局部像元附带一个太阳高度角数据或者定位信息，会相应增大数据产品数据量，增加数据 通信负荷，增加数据存储空间和降低遥感应用时效。李先华等学者指出，中高空间分辨率卫 星每景数据仅提供中心点太阳高度角数据，对于数据校正精度则十分勉强，并根据卫星传 感器运行原理与定位关系叙述了卫星数据逐个像元的太阳高度角参数计算方法。该方法需 掌握传感器在轨运行原理及其相关参数数据，对末端数据用户要求偏高。黄晓园、周靖斐等 学者利用一级数据产品携带的固定间隔点太阳高度角数据进行插值，增加了太阳高度角数 据，提高了太阳高度角校正精度。由于该方法插值函数与实际关系不一致，不利于充分提高 太阳高度角校正精度。当前对太阳高度角数据的插值密度还没有相应研宄，不利于对其数 据插值密度的合理确定。没有携带充足太阳高度角数据的遥感数据产品则没有较好的实用 方式解决太阳高度角精校正问题。
【发明内容】
[0004] 本发明目的在于解决天基遥感数据产品太阳高度角数据不足而影响数据校正精 度的现实问题，为了增加天基遥感太阳高度角数据而设计一种天基遥感分块插值计算太阳 高度角的方法。
[0005] 本发明为了实现上述目的，天基遥感分块插值计算太阳高度角的方法包括：确认 遥感数据状态以便采取相应处理；利用附带参数数据作为数据插值的参照依据；按照数据 精度要求、利用太阳高度角数据遵循理论依据确定数据分块大小；根据数据状态确定数据 插值模式；根据插值模式落实数据插值方程式；根据插值方程式计算各项插值数据；利用 插值数据计算各元数据块太阳高度角参数。
[0006] 所述确认遥感数据状态以便采取相应处理，即遥感数据产品从校正数据状况可分 为0~五级，确认数据校正级别，落实数据产品是否已经完成数据定位、辐射定标、系统几 何校正和坐标映射，不同级别的数据产品需要根据附带定位数据分布、采集数据阵形和数 据采集时序等状况采取相应的数据插值处理。
[0007] 所述利用附带参数数据作为数据插值的参照依据，即天基遥感数据产品附带有相 关参数数据，利用这些参数数据作为数据插值的参照依据。
[0008] 所述按照数据精度要求、利用太阳高度角数据遵循理论依据确定数据分块大小， 包括数据分块理论依据和数据分块操作方法。所述数据分块理论依据，即通过数据校正偏 差率公式推论确立数据校正偏差率与太阳高度角偏差的关系，通过太阳高度角偏差特征规 律确立数据块行列宽度与太阳高度角偏差的关系，以太阳高度角偏差特征规律和数据校正 偏差率公式推论作为数据分块的理论依据。所述数据分块操作方法，包括数据分块方案和 数据分块计算。所述数据分块方案，即对整幅或整景或整轨数据无法按圆形区域分块，为了 满足数据精度要求，并使插值过程简单化，采取圆形区域最大内方块为元数据块。所述数 据分块计算，即根据数据用途确定校正数据精度大小，调用附带太阳高度角参数数据，或根 据公式计算太阳高度角参数，由数据校正偏差率公式计算出元数据块的太阳高度角偏差， 依据数据块行列宽度与太阳高度角偏差的关系计算出元数据块行列宽度，确定元数据块大 小。
[0009] 所述根据数据状态确定数据插值模式，包括确定一级或二级数据产品元数据块经 炜度插值模式；确定一级或二级数据产品元数据块采集时间插值模式；确定赤炜、时角参 数插值模式。
[0010] 所述根据插值模式落实数据插值方程式，包括根据相应的插值模式，落实一级数 据产品元数据块经炜度插值方程式和采集时间插值方程式；或者根据相应的插值模式，落 实二级数据产品元数据块经炜度插值方程式和采集时间插值方程式；根据赤炜、时角参数 插值模式，落实赤炜、时角参数插值方程式。
[0011] 所述根据插值方程式计算各项插值数据，即利用附带参数数据根据相应的插值方 程式计算各项插值数据。
[0012] 所述利用插值数据计算各元数据块太阳高度角参数，即根据太阳高度角公式，代 入由插值得到的参数数据，计算各元数据块太阳高度角参数。
[0013] 0级数据产品应完成一级数据产品相应校正处理后才可进行太阳高度角校正，可 参照一级数据产品分块插值计算太阳高度角的方法；0级或一级数据产品完成二级数据产 品相应的数据校正，可参照二级数据产品分块插值计算太阳高度角的方法；三级以后数据 产品一般已进行了太阳高度角校正，可去除太阳高度角粗校正，添加太阳高度角精校正，可 参照二级数据产品分块插值计算太阳高度角的方法。
[0014] 太阳高度角与太阳天顶角之和为90°，对于太阳高度角校正，太阳高度角计算与 太阳天顶角计算是等效的。
[0015] 本发明只适用于太阳辐射类天基遥感增加太阳高度角数据的需要，应用于可见 光、近红外等波段，地基、空基遥感由于观测区域较小，使用定位数据计算太阳高度角参数 就已经满足数据校正精度要求，不需使用本技术方案；夜间对地遥感（使用红外等长波波 段）和主动遥感（星载雷达如合成孔径雷达（SAR)使用微波等波段）属于非太阳辐射类遥 感，不涉及太阳辐射因素，不需使用本技术方案。
[0016] 在本发明中，其核心创新点在太阳高度角数据密度的确定上，因此，本发明还提供 了一种确定天基遥感太阳高度角数据密度的方法，包括数据分块理论依据和数据分块操作 方法；所述数据分块理论依据，即通过数据校正偏差率公式推论确立数据校正偏差率与太 阳高度角偏差的关系，通过太阳高度角偏差特征规律确立数据块行列宽度与太阳高度角偏 差的关系，以太阳高度角偏差特征规律和数据校正偏差率公式推论作为数据分块的理论依 据；所述数据分块操作方法，包括数据分块方案和数据分块计算；所述数据分块方案，即对 整幅或整景或整轨数据无法按圆形区域分块，为了满足数据精度要求，并使插值过程简单 化，采取圆形区域最大内方块为元数据块；所述数据分块计算，即根据数据用途确定校正数 据精度大小，调用或计算太阳高度角参数数据，由数据校正偏差率公式计算元数据块的太 阳高度角偏差，依据数据块行列宽度与太阳高度角偏差的关系计算出元数据块行列宽度， 确定元数据块大小；在遥感数据处理中元数据块大小确定，并且每个元数据块共同使用一 个太阳高度角数据，也就确定了遥感数据的太阳高度角数据密度。
[0017]本发明得到一些有益效果：本发明以分块插值计算太阳高度角参数，为天基遥感 增加太阳高度角数据，解决了天基遥感太阳高度角数据不足的实际问题；建立了确定天基 遥感太阳高度角数据密度的方法和计算公式，利于确定合理的太阳高度角数据分布；充分 提高天基遥感太阳高度角校正数据精度，利于遥感地物反演和识别；采用本技术方案，一级 数据产品不需携带固定间隔点太阳高度角数据；采用插值法降低了末端数据用户增加太阳 高度角数据的处理难度，技术方法具有易理解、易实现、实用佳和高精度等特点。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明实现流程图；
[0019] 图2、图3分别为TERRA/MODIS、AQUA/MODIS卫星遥感一级数据产品某轨采集数据 阵形示意图；
[0020] 图4、图5分别为图2、图3对应的二级数据产品采集数据阵形示意图；
[0021] 图6为HJ-1/C⑶卫星遥感二级数据产品某景降轨采集数据阵形示意图。
【具体实施方式】
[0022] 天基遥感分块插值计算太阳高度角的方法参见图1，是基于插值法以分块形式得 到元数据块中心点经炜度值和采集时间，根据公式计算元数据块太阳高度角参数，其方法 包括：确认遥感数据状态以便采取相应处理；利用附带参数数据作为数据插值的参照依 据；按照数据精度要求、利用太阳高度角数据遵循理论依据确定数据分块大小；根据数据 状态确定数据插值模式；根据插值模式落实数据插值方程式；根据插值方程式计算各项插 值数据；利用插值数据计算各元数据块太阳高度角参数。选择IDL或FORTRAN等语言编写 程序处理数据，先以太阳同步极轨卫星为例阐述如下：
[0023] 1.确认遥感数据状态以便采取相应处理遥感数据产品从校正数据状况可分为 0~五级，太阳高度角校正适宜在一级或二级数据产品实施。0级数据产品未完成数据定 位、辐射定标等处理，未达到本技术方案插值处理条件，一级和二级数据产品已完成数据定 位、辐射定标，并且二级数据产品也完成了系统几何校正和坐标映射。太阳高度角校正可安 排在系统几何校正之前或之后，应安排在几何精校正和地形辐射校正等之前。不同数据产 品级别与数据插值模式有关。一级数据产品采集数据阵形与0级相同（参见图2、图3)，为 方形，虽然完成了数据定位，由于未完成系统几何校正，数据定位信息在采集数据阵形上尚 未得到体现。数据采集时序与0级相同，文件数据行与数据采集顺序一致。二级数据产品 已完成系统几何校正，数据定位信息在采集数据阵形上已得到体现，并且由坐标映射建立 了采集数据与坐标系的关系（参见图4、图5)。受地球自转、在轨道飞行方向及其速度和传 感器推扫方向等影响，降轨时采集数据阵形扭摆西南向，升轨时采集数据阵形扭摆西北向， 文件数据（含边空数据）顶角和图像数据（不含边空数据）顶角不一致，采集数据阵形接 近菱形。数据采集行与文件数据行存在一定大小夹角，数据采集时序在降轨时为顺序，在升 轨时为逆序。受地球曲率影响，幅宽较大的数据两侧出现校正拉伸。在系统几何校正中不 同的投影方式对采集数据阵形的改变则有一些差别，等经炜度投影对高炜度区域拉伸尺度 大于低炜度区域。幅宽较大的一级数据产品其太阳高度角校正往往与局地数据投影一起处 理。不同级别的数据产品需要根据附 带定位数据分布、采集数据阵形和数据采集时序等状 况采取相应的数据插值处理。
[0024] 2.利用附带参数数据作为数据插值的参照依据天基遥感数据产品附带有相关参 数数据，利用这些参数数据作为数据插值的参照依据，包括升降轨标记、数据空间分辨率 Lm、数据采集日期Dymd (或者采集年及积日）、数据采集开始时间ts、采集结束时间te、数据总 行数队和总列数Ns，以及一些关键点像元的定位、太阳高度角等参数数据。一级数据产品 附带有固定间隔像元行数及列数N"、间隔点像元的定位和太阳高度角等参数数据；二 级数据产品附带有整幅或整景或整轨数据中心点、四周顶角点像元的定位、太阳高度角等 参数数据，如文件数据顶角经炜度，即左上角炜度(抑》)经度（Avlu)，右上角炜度经度 (入wu)，左下角炜度以以经度（Avld)，右下角炜度仏以经度（Avri)，以及整幅或整景或整 轨数据中心点太阳高度角数据（0SEF)等，有的还附带有图像数据顶角参数数据，即左上角 纬度(作)经度Ulu)，右上角炜度(〇经度（AJ，左下角炜度(料/)经度（Ald)，右下角炜度 (%/)经度（AJ。在二进制数据文件中附带参数数据，常以整数表示，数据调用时要注意小 数点移位，采用数据须符合国际单位要求，比如太阳高度角原数据已放大1〇〇倍，以整数表 示，数据调用时要乘以〇. 01，数据复原后其单位为度。
[0025] 3.按照数据精度要求、利用太阳高度角数据遵循理论依据确定数据分块大小太阳 高度角在较小的空间上和较短的时间上变化较小，在误差范围内根据校正数据精度可按一 定数量的行宽列宽分块插值计算太阳高度角，同一分块使用同一个太阳高度角数据。数据 分块大小是涉及插值密度的问题，是本技术方案的核心内容。
[0026]⑴数据分块理论依据以太阳高度角偏差特征规律和数据校正偏差率公式推论作 为确定数据分块大小的理论依据。
[0027]①太阳高度角偏差特征规律太阳高度角偏差特征规律包括一般偏差特征规律和 最大偏差特征规律。就一般偏差特征规律和最大偏差特征规律阐述如下：
[0028]㈠一般偏差特征规律太阳高度角计算可使用成熟通用公式
[0030] 式中0S#观测点太阳高度角，S为观测日太阳赤炜，p为观测点炜度，t为观 测点时角。规定赤道炜度为0°，北炜〇~+90°，南炜0~-90° ;格林尼治天文台经度为 0。，西经0~-180°，东经0~+180。。
[0031] 观测点与中心点太阳高度角偏差
[0032] 9SEV= 0 SE- 0 SE0 (2)
[0033] 式中9 _为中心点太阳高度角。
[0034] 从空间几何关系分析，0SEV分布规律：对于同一时刻，太阳垂直照射点在观测区 域内，以垂直照射点为圆心、圆心到中心点距离为半径，圆形区域内0SEV为正值，圆心点 QSEV值最大，圆周上0SEV值为零，其它区域9SEV为负值，远离圆心点9SEV值较小；太阳垂 直照射点在观测区域外，从中心点看，面向太阳这边为正值，正面对太阳方向值最大；背向 太阳这边为负值，正背对太阳方向值最小；垂直照射点到中心点距离为半径，经过中心点的 弧线上0SEV值为零；从中心点到正值负值区向外逐渐放大，出现周边效应；0SEV正值负值 分布与观测时太阳所处位置有关，出现偏转现象。0SEV与0_关系：对于同一时刻，0SE(I 增大，其周围相对应点9SE增加，反之，9SE〇减少，相对应点9SE减少。
[0035] (二)最大偏差特征规律太阳高度角偏差空间分布具有一定特征规律性。为了考察误 差极值，分析太阳高度角最大偏差：
[0036] a)计算方法计算太阳尚度角最大偏差米取如下方法：
[0037] I考察圆形区域数据整幅或整景或整轨遥感数据受地球自转、在轨道飞行方向 及其速度等影响而导致观测区域为近似菱形，为适应太阳偏转，利于衡量太阳高度角最大 偏差，以半径RA(km)的圆形区域数据为考察对象。设太阳垂直照射在该圆形区域外（含 圆边线），根据太阳高度角偏差一般特征规律，方位角等于太阳方位角的圆形区域边上点 其0SEV为正极值0SEVM+，其镜像点0SEV为负极值0SEVM_。太阳高度角最大偏差0SEVM= max( 9SEVM+，| 9SEVM_ |)，式中max表示取最大值。
[0038] II计算太阳方位角跟踪太阳偏转需计算太阳方位角。太阳方位角计算可使用成熟 通用公式
[0040] 式中0A为太阳方位角，以正南为0°，上午为0~-180°，下午为0~180°。根 据式（3)可计算某日某时刻中心点太阳方位角0 A(I。
[0041] III计算太阳方位角区域边上点经炜度求解方位角等于太阳方位角的圆形区域边 上点经炜度，需计算地球表面两点之间的距离。设地球表面两点A(AOT，AUT)和B(Bra，BUT)， 下标LON表示经度，下标LAT表示炜度。经炜度衡量尺度规定同上。设地球为正圆体，取地 球平均半径RE= 6371. 004km，地球表面A、B两点距离公式
[0042] '=REarccos(CM)Jr/180
[0043] Cmc〇sAlatC〇sBlatC〇s(AlonB"^sinA^^sinB^j(4)
[0044] 式中LAB(km)为A、B点距离，CM为计算过程中间参数，it为圆周率。
[0045] 设圆形区域中心点0(0OT，0UT)和某日某时刻方位角等于太阳方位角的圆形区域 边上点M(Mra，MUT)及其镜像点N(Nra，NUT)。在地球表面两点在炜度方向上距离与炜度差 成正比，约111. 193km等于1度炜度差宽；两点在经度方向上距离与经度差却不成正比，越 接近两极其等距离的经度差则越大，越接近赤道其等距离的经度差则越小。求解方位角等 于太阳方位角的圆形区域边上点及其镜像点经炜度，可根据几何关系由中心点炜度和方位 角余弦函数关系计算炜度值，确定其炜度值后，由地球表面两点距离公式计算其经度值。计 算边上点M(Mra，MUT)及其镜像点N(Nra，NUT)炜度和经度
[0046] Mlat= 0 lat-Racos0ao/111. 193
[0047] Nlat= 0lat+Racos0A〇/lll. 193 (5)
[0048] Mlon= 0L0N+acos((cos(180RA/ (jtRE)) -sinOLATsinMLAT) / (cosOLATcosMLAT))
[0049] Nl〇n= 0LQN-acos((cos(180RA/ (itRE)) -sinOLATsinMLAT) / (cosOLATcosMLAT))
[0050]或者ML0N=0L0N-acos((cos(180RA/ (itRE)) -sinOLATsinMLAT) / (cosOLATcosMLAT))
[0051] Nlon= 0L0N+acos((cos(180RA/ (jtRE)) -sinOLATsinMLAT) / (cosOLATcosMLAT)) (6)
[0052] 已知0点经炜度值和M点炜度值，由地球表面两点距离公式计算M点经度值时得 到两个经度值，刚好是目标点M及其对称点经度值（等于镜像点N点经度值），可结合0点 太阳方位角9A(l能区分那个是M点、那个是N点经度值。
[0053] IV最大偏差计算已知某日某时刻及经炜度值，根据式（1)可计算中心点、方位角 等于太阳方位角的圆形区域边上点、及其镜像点太阳高度角，进而计算得到太阳高度角偏 差正极值 9SEVM+和负极值9SEVM_。
[0054]b)特征规律据上分析，太阳高度角偏差0SEVM+在太阳方位角方向上，0SEVM_在太 阳方位角反方向上。以太阳垂直照射在圆形区域外为例，经不同地域、不同季节、各时点大 量资料验算，得到表1太阳高度角最大偏差0SEVM与圆形区域半径1^统计关系，有如下结 论：
[0055] 表1太阳高度角最大偏差与区域半径统计关系
[0057] 同一区域的太阳高度角偏差正极值0SEVM+与负极值0SEVM_绝对值相等；太阳高度 角最大偏差0SEVM与圆形区域半径RA为线性关系，即
[0058] 0SEVM=C:Ra (7)
[0059] 式中(^= 8.993\1〇-3(° /km)。虽然太阳高度角0^与监测地经炜度、监测日期 和监测时间有关，但是太阳高度角最大偏差0SEVM与监测地经炜度、监测日期和监测时间为 无相关关系，反映出监测地经炜度、监测日期和监测时间对于太阳高度角最大偏差9SEVM不 是实质性相关因子，与偏差圆形区域半径仏才是实质性相关因子。
[0060] 若太阳垂直照射在圆形区域里（不含圆边线），设太阳垂直照射点A，其镜像点B， 根据太阳高度角偏差一般特征规律，可得到太阳垂直照射点A与中心点0太阳高度之差 9SEVA= 9SEVM+，并且镜像点B与中心点0太阳高度之差绝对值| 0SEVB | = 0SEVA，由上述统 计规律可得I0SEVB| < | 0SEVM_|，因此 0SEVM= | 0SEVM_|，0SEVM+< 0SEVM。
[0061] ②数据校正偏差率公式推论基于同质性像元假设，只考虑太阳高度角因素差异， 由太阳高度角校正公式（注：可使用表观辐亮度公式或表观反射率公式，地表反射率公式 因大气因素复杂化，不选用）套用偏差率公式，推导出太阳高度角校正偏差率
[0062] RV% =(sin0SE〇/sin0 SE- 1)X100 (8)
[0063] 表明太阳高度角校正偏差率RV%与中心点太阳高度角0SE(I、观测点太阳高度角 9 ^因子有关。由式（2)代入式（8)，得到
[0064] RV% =(sin0SE〇/sin( 0 SE0+ 0SEV) - 1)X100 (9)
[0065] 表明太阳高度角校正偏差率RV%与中心点太阳高度角0SE(I、观测点太阳高度角偏 差9SEV因子有关。经过计算比较，当0SEV-定时，0SE(I减少，RV%增大，反之，0SE(I增大， RV%减少。
[0066] -般所言数据精度满足应用需求，若评估数据误差极值，原则上所有点数据精度 都要小于某一要求数值。太阳高度角校正最大偏差率
[0067] RV% M±=(sin0SECI/sin( 0 SE(I± 0SEVM) - 1)X100 (10)
[0068] 太阳垂直照射的遥感数据区域是个例，其9SEVM+< ; 0SEVM，0SEVM=|0SEVM_|，式中 统一使用9SEVM，可简化公式表达。对比发现，0SEVMJ^RV% "影响大于0SEVM+，在0咖较 大时，0SEVM_和0SEVM+对RV% "影响较为接近；在0咖较小时，0SEVM，RV% "影响明显 大于0SEVM+，因此，数据校正最大偏差率公式优先采用偏差负极值0SEVM_
[0069] RV% M=(sin0SE〇/sin( 0 SE〇- 0SEVM) - 1)X100 (11)
[0070] 对于数据分块，数据精度采用最大偏差率衡量，中心点太阳高度角采用附带参数 最低的太阳高度角数据，由式（11)可确定数据块的太阳高度角最大偏差，由式（7)可计算 出数据块圆形区域半径。可见，由上述推导的太阳高度角最大偏差特征规律及其校正最大 偏差率公式推论能够确定数据分块大小。
[0071] ⑵数据分块操作方法上述太阳高度角最大偏差0SEVM与圆形区域半径1^为线性关 系是假设在某一时刻下推导的结论，地球遥感整幅或整景或整轨数据采集一般发生在一个 较短的时间段内，虽然时间变化会影响太阳方位角改变，但是该结论不受时间变化影响，在 遥感数据分析中仍然成立。可见，太阳高度角偏差特征规律和数据校正偏差率公式推论，成 为了数据分块的理论依据。
[0072] ①数据分块方案太阳高度角最大偏差特征规律是通过圆形区域考察得到的，但 是，对整幅或整景或整轨数据进行几何分块却无法以圆形区域作为单元划分。为了保证分 块区域小于该圆形区域，满足数据精度要求，并使插值过程简单化，采取圆形区域最大内方 块为元数据块，块行列宽度Lp(km)，Lp= 2 1/2RA。由式（7)推导得到太阳高度角最大偏差与 方形数据块行列宽度的线性关系
[0073] 9SEVM=C2Lp (12)
[0074]式中(：2= 6.359\10-3(。/1〇11)。
[0075] ②数据分块计算根据数据用途对校正数据精度的要求，判断数据有效位需要精确 到哪一位数，确定校正数据精度大小。调用该幅或该景或该轨数据太阳高度角参数数据，或 者根据公式计算四周顶角太阳高度角参数，若有多点参数数据则以最小值为准参与计算。 由式（11)可计算出元数据块的太阳高度角最大偏差，由式（12)可计算出元数据块行列宽 度Lp，Lp=LJp，式中Ljkm)为数据空间分辨率，％为元数据块像元行列数，可确定元数据 块像元行列数Np。为了插值计算简洁，取元数据块像元行列数为同步行数的倍数
[0076]Np=INT(Lp/(LmNt))Nt (13)
[0077]式中INT表示取整，仅取整数部分，小数不进位，Nt为数据采集的同步行数。框幅 式传感器则需要特例处理，由于Nt=Ni，导致违背设想初衷，按Nt= 1计算式（13)。若出 现％= 0,小于空间分辨率则取Np= 1 ;若Np>Nr，式中队=max(Nrt，NJ，没有插值必要 则终止插值操作。
[0078] 4.根据数据状态确定数据插值模式不同的数据状态决定了采用怎样的数据插值 模式。
[0079] ⑴确定一级或二级数据产品元数据块经炜度插值模式从太阳高度角校正对影响 数据精度效果看，数据位置畸变尺度对于元数据块而言是小级别，可忽视数据位置畸变。一 级数据产品未进行系统几何校正，数据位置畸变较大，然而，可参照邻近定位点经炜度插值 就不影响数据位置插值精度；二级数据产品已进行系统几何校正，数据位置畸变较小，参照 整幅或整景或整轨数据四周顶角或中心的定位点经炜度插值可满足数据位置插值精度要 求。数据位置插值可采取参照点之间插值方式或者参照点外插值方式。宏观时空以等尺度 量度，适宜使用线性插值算法。参照点之间插值方式以定位点位置为参照，参照点之间的经 度、炜度以等尺度规律按经向、炜向线性插值；参照点外经度、炜度以等尺度规律按经向、炜 向外推线性插值。遥感数据产品附带参数数据可满足参照点之间插值方式，比如地理炜度 (或经度）线性插值:AP=AA+ (AB-AA)LPA/LBA，式中AP为插值点P炜度（或经度），AA为参 照点A炜度（或经度），AB为参照点B炜度（或经度），LPASP点到A点的炜向（或经向） 距离，LBA为B点到A点的炜向（或经向）距离。
[0080] ⑵确定一级或二级数据产品元数据块采集时间插值模式一幅或一景或一轨数据 采集所需时间较短，并且太阳高度角在时空上缓慢变化，对采集时间插值没有必要区分到 像元，可只区分到数据行。数据采集时间变化规律与传感器采集模式有关，各种传感器，例 如框幅式传感器、逐点逐行扫描式传感器、逐点多行扫描式传感器、线阵列推扫式传感器、 甚密面阵推扫式传感器和甚密线阵列扫描式传感器等采集机制各不相同，同时获取的同步 行数也不一样，采集时间插值应根据不同模式传感器其同步行数、数据采集行的时序进行 推算。宏观时空以等尺度量度，适宜使用线性插值算法。一级数据产品文件数据行与数据 采集行时序仍然相同，可按照文件数据行推算，采集时间插值公式较简单；二级数据产品已 完成系统几何校正和坐标映射，文件数据行与数据采集行已不再相同，存在一定大小夹角， 即倾斜状态，降轨时采集数据阵形扭摆西南向，升轨时采集数据阵形扭摆西北向。数据采集 时序在降轨时为顺序，在升轨时为逆序。按照倾斜的数据采集行及采集时序推算，采集时间 插值公式相对较繁琐。倾斜状态可参照采集数据阵形，数据采集行斜率可由图像数据四周 顶角定位数据计算，或者由文件数据的像元排列位置粗略计算，文件数据中各元数据块采 集时间需要根据数据采集行斜率、采集开始时间和结束时间等数据插值计算。
[0081] ⑶确定赤炜、时角参数插值模式受万有引力作用，卫星绕行星转，行星绕恒星转， 恒星绕银河系转，其运行轨道表现出非常明显的简单规律性，但是，由于其它星球引力牵 弓丨，我们的星球运行轨迹也出现扰动现象，因此，也带来天文参数计算的复杂化。式（1)太 阳高度角公式和式（3)太阳方位角公式在一般性应用的相关参数计算中较为多见，但是， 太阳赤炜和时差等天文参数的计算，有数值模拟法和理论展开式法，有多种公式；时角参数 计算引入时差订正，赤炜和时角插值则套用有关天文学者研宄设计或改进的、精度较高又 较为简洁的公式，其它相应的常见公式也可以套用。
[0082] 5.根据插值模式落实数据插值方程式根据太阳高度公式计算观测点太阳高度角 参数，需要观测点炜度、观测日太阳赤炜和观测点时角，计算观测点时角需要观测点时间和 观测点经度。确定了元数据块大小，即确定％值，可计算出元数据块行列数，当Ni-INT^/NP)NP= 0,表示末行元数据块足行，元数据块行数为INTWi/N^+l，元数据块最大行号吣= INTWi/Np)(注：从0号编起），当队一INTd/Np)%〉0,表示末行元数据块不足行，元数据 块行数为INT^/N^+Z，元数据块最大行号吣=INTA/N^+l;当Ns-INT(NS/NP)NP= 0， 表示末列元数据块足列，元数据块行数为INT(NS/NP)+1，元数据块最大列号Ms=INT(NS/NP) (注：从0号编起），当Ns-INT(NS/NP)NP> 0,表示末列元数据块不足列，元数据块列数为 INT(Ns/Np)+2,元数据块最大列号Ms=INT(NS/NP)+1。设m、n分别为元数据块行列号，无符 整数，0彡m彡Mp0彡n彡Ms，需落实观测点炜度."=冲》，")、观测点经度入m，n=入（m，n)、 观测点时间1^=1:(111，11)、观测日太阳赤炜8111， 11=6(111，11)、观测点时角1：111，11=1：(111，11) 的具体形式。经炜度衡量尺度规定同上，以国际时计时，行增序方向与炜度增序方向相反。 一级与二级数据产品的插值模式不同，其插值方程式也不一样。对一级、二级数据产品元数 据块经炜度、采集时间和赤炜、时角的插值方程式介绍如下：
[0083] ⑴一级数据产品元数据块经炜度、采集时间插值方程式元数据块中心点经炜度和 采集时间插值方程式具体落实如下：
[0084] ①元数据块中心点经炜度插值方程式地理经炜度可采取线性插值或双线性插值， 以线性插值为例。根据一级数据产品相应的插值模式，元数据块中心点经炜度插值是依靠 邻近定位点数据为参照。设固定间隔点像元行列数分别为、队s，第1个间隔点起始像元 行列数分别为Nrl(l、N_元数据块（m，n)中心点位于数据像元位置（Np(m+0. 5)，Np(n+0. 5))， 设Nrim=Np(m+〇. 5) -Nrl。，Nrsn=Np(n+0. 5) -Nrs。，元数据块中心点与相邻定位点一般有 4种状况：
[0085] ㈠元数据块中心点与定位点重合，满足INT(Nrlm/Nrl)Nrl=Nrll^PINT(Nrsn/Nrs)Nrs = Nrsn条件，重合参照点C_m，n位于定位点位置，读取定位点数据，得到元数据 块中心点经炜度
[0087]入 m,n=入 c-m,n (14)
[0088] ㈡元数据块中心点在两个同行相邻定位点之间，满足INT(N^/Nri)Nrt=Nrini和 INT(Nrsn/Nrs)Nrs<Nrsn条件，左参照点L_m，nfe于定位点位置（Nrlm/Nrl，INT(Nrsn/Nrs))，右参照 点R_m，n位于定位点位置（Nrtm/Nri，INT(Nren/Nj+l)。读取定位点数据丄m，n炜度你__、经度 入炜度卿^、经度X 。根据邻近定位点位置和距离线性插值，得到元数据块中 心点经炜度
[0090] 入m，n=入 L-m，n+ (人 K-m，n-入 L-m，n)X(Nrsn-INT(Nrsn/Nrs)Nrs) /Nrs (15)
[0091] ㈢元数据块中心点在两个同列相邻定位点之间，满足INT(Nrtni/Nri)Nrt<Nrini和 INT(Nrsn/NjNrs=Nrsn条件，上参照点U_m，nfe于定位点位置（INT(Nrlm/Nrl)，Nrsn/Nrs)，下参照 点D_m，n位于定位点位置（INTd/D+LN^/Nj。读取定位点数据：U_m，n炜度^/」》."、经度 入炜度卿__、经度AD^。根据邻近定位点位置和距离线性插值，得到元数据块中 心点经炜度
[0093] 人 m,n=(入 D-m,n+人u-m,n)/2 (16)
[0094] ㈣元数据块中心点与相邻定位点不同行不同列，满足INT(Nrtni/Nri)Nrt<Nrini和 INT(Nrsn/NJNrs<Nrsn条件，左上参照点LU_m，"位于定位点位置（INT(Nrlm/Nr l)，INT(Nrsn/ NJ)，右上参照点冊m，n位于定位点位置（INT(Nrlm/Nrl)，INT(Nrsn/Nj+l)，左下参照点LD_ m，n位于定位点位置（INT(Nrim/Nri)+l，INT(Nren/Nj)，右下参照点RD_m，n位于定位点位置 (INT(Nrlm/Nrl)+l，INT(Nrsn/Nrs)+l)。读取定位点数据：LU_m，n炜度攸心,"、经度入LU_m，n;RU_m，n 炜度卿_、经度XRU_m，n;LD_m，n炜度你￡>-m,H、经度XLD_m，n;RD_m，n炜度卿r>-w,?、经度ARD_m，n。根 据邻近定位点位置和距离线性插值，得到元数据块中心点经炜度
[0096] Xm，n-(XLU-m，n+ALD-m，n+(入 RU-m，n - XLU-m，n+A肋―m，n-XLDjl；n)X
[0097] (Nrsn-INT(Nrsn/Nrs)Nrs)/Nrs)/2 (17)
[0098] 特殊情况，在首行、末行、首列和末列等临近的元数据块中心点经炜度插值中，若 元数据块中心点不在两个定位点之间，也不与某个定位点重合，则以邻近定位点经炜度值 为参照插值。
[0099] ②元数据块中心点采集时间插值方程式根据一级数据产品相应的插值模式，元数 据块中心点采集时间插值按数据采集行推算，且数据采集行与文件数据行同序。设数据采 集同步行数为Nt，对于框幅式传感器，te=ts，Nt=N1;对于逐行扫描式传感器，Nt= 1。Nt 间隔时间tt=(t13)八队/队)，得到元数据块中心点采集时间
[0100] tm；n=ts+(te-ts)X(m+0. 5)^/^ (18)
[0101] 框幅式传感器ts。
[0102] ⑵二级数据产品元数据块经炜度、采集时间插值方程式根据二级数据产品相应的 插值模式，元数据块中心点经炜度插值以整幅或整景或整轨数据四周顶角定位数据为依 据，元数据块中心点采集时间插值按倾斜的数据采集行和采集时序推算。
[0103] ①元数据块中心点经炜度插值方程式对元数据块中心点经度、炜度分别插值：
[0104] ㈠元数据块中心点炜度：左边行密度W,) /况，右边行密度 /v -外?) /iVz，在实际数据中，左边行密度与右边行密度一般略有差异，行密度外 取值为线性行密度
[0106] 外可简单取值为平均行密度，即/^=(Pvw-奶灼?) / (2iV/)，得到元数据 块中心点炜度
[0107]
[0108] ㈡元数据块中心点经度：上端列密度PXu=(XAvlu)/Ns，下端列密度PXd =(Xwd -XVld)/Ns，在实际数据中，上端列密度与下端列密度也略有差异，列密度Px取 值为线性列密度
[0109] Pa=(入 vru-入viu)/Ns+n(入 vrd-入 vld-入 vru+入Vlu)/(MSNS) (21)
[0110] Pa可简单取值为平均列密度，即Pa=(入vru-入viu+入Wd-入vid)/2NS，得到兀 数据块中心点经度
[0111] 入 m，n=入Vlu+P"n+0.5)Np (22)
[0112] ②元数据块中心点采集时间插值方程式落实采集时间插值方程式包括数据采集 行斜率计算和按采集时序插值：
[0113] (-)数据采集行斜率计算数据采集行斜率可由整幅或整景或整轨四周顶角定位数 据计算，或由文件数据的像元排列位置粗略计算：
[0114]a)顶角定位数据计算若附带有整幅或整景或整轨图像数据顶角参数数据， 可计算图像数据采集行斜率：数据采集行上端斜率竑 =(外《-??/?)/(4?-山")，下端斜率 和/一办/)/⑷一2W)。在实际数据中，数据采集行上端斜率与下端斜率一般略有差异， 数据采集行斜率、"取值为线性斜率
[0115] km；n=ku+m(kd-ku) /Mx (23)
[0116] 、"可简单取值为平均斜率，即km，n= (ku+kd)/2。
[0117] b)像元排列位置计算调用数据文件中图像数据顶角像元排列位置，得到上左点位 置（Cmlu，Cnlu)、上右点位置（C_，cmu)、下左点位置（cmld，cnld)和下右点位置（c"d，cmd)。行 增序方向与炜度增序方向相反，数据采集行上端斜率ku= (：_)八(：_一cnlu)，下端 斜率kd= (c^-c"dv(cmrcnld)。在实际数据中，数据采集行上端斜率与下端斜率一般 略有差异，数据采集行斜率、"取值为线性斜率
[0118] km；n=ku+m(kd-ku)/M1 (24)
[0119] 、"可简单取值为平均斜率，即km，n= (ku+kd)/2。
[0120] (=)按采集时序插值数据采集时序有顺序和逆序之分，顺序斜率为负，逆序斜率为 正。根据数据采集时序选择顺序插值方式，或逆序插值方式：
[0121] a)采集时间顺序插值对文件数据处理，一般从其左侧上端开始，到右侧下端结束， 由于数据采集行倾斜，即使采集时序是顺序，文件数据行列开始端和结束端并不对应于数 据采集时间的开始和结束。求解元数据块中心点采集时间，需要计算数据采集行斜率 km，n、数据采集开始时间到结束时间所对应文件数据行数Nse、每行平均占用时间A、以及文 件数据左侧上端开始时间tvs。按顶角定位数据计算，倾斜列前增列数Nsu=Ns(Alu-Avlu)/ (入Xvlu)，倾斜列后空列数Nsd=NsUrd-XvldV(Awd-Avld);按像元排列位置计 算，Nsu=Cnlu，Nsd=C nrd^nld° 数据采集开始时间ts到结束时间te所对应文件数据行数
[0122] Nse=N厂kuNsu+kdNsd (25)
[0123] 每行平均占用时间
[0124] tx= (te-ts)/Nse (26)
[0125] 文件数据左侧上端开始时间
[0126] tvs=ts-kuNsuti(27)
[0127] 元数据块中心点采集时间
[0128] tm，n=tvs+MOn+O. 5)+km，n(n+0. 5))Np (28)
[0129] b)采集时间逆序插值同上分析，由于数据采集行倾斜，即使采集时序是逆序，文件 数据行列开始端和结束端也不对应于数据采集时间的结束和开始。求解元数据块中心点 采集时间tm，n，需要计算数据采集行斜率km，n、数据采集开始时间到结束时间所对应文件数 据行数Nse、每行平均占用时间&、以及文件数据左侧上端结束时间tve。按顶角定位数据计 算，倾斜列前空列数Nsu=NsUAvlu)八Awu-Avlu)，倾斜列后增列数Nsd=NsUld- Avid)/(xWd-U;按像元排列位置计算，Nsu=Cmu-Cnlu，Nsd=Cnld。数据采集开始时 间ts到结束时间te所对应文件数据行数
[0130]Nse=N厂kuNsu+kdNsd (29)
[0131] 每行平均占用时间
[0132] tx= (te-ts)/Nse (30)
[0133] 文件数据左侧上端结束时间
[0134] tve=te+kuNsuti(31)
[0135] 元数据块中心点采集时间
[0136] tm；n=tve-t^(m+O. 5)+km；n(n+0. 5))NP (32)
[0137] ⑶赤炜、时角参数数据插值方程式赤炜和时角插值则套用有关天文学者研宄设计 或改进的、精度较高又较为简洁的公式，其它相应的常见公式也可以套用。以王炳忠等学者 改进的太阳赤炜、时角等天文参数公式为例，这些公式融入了年度、经度和时刻等订正。
[0138] ①赤炜参数数据插值方程式太阳赤炜是地球赤道平面与太阳和地球中心的连线 之间的夹角，太阳赤炜公式
[0139] 8 = 0. 3723+23. 2567sin0 +0. 1149sin2 0 - 0. 1712sin3 0 - 0. 758cos0 +0. 36 56cos2 9 +0. 0201cos3 9
[0140] 0 = 2 3i(Jd- (79. 6764 + 0. 2422(Jy- 1985) -INT((Jy - 1985)/4)) +AJ)/365. 2422 (33)
[0141] 式中0称日角（rad)，Jd为积日，积日为日期在年内的天数，由采集日期Dymd计 算，Jy表示监测年份，AJ为修正值（d)，AJ=AJ1+AJ2，式中A;为经度修正，八八为 时刻修正。八1=-〇. 00278AC，式中\为监测地经度（° )，AJ2=T/24,式中T为监 测地国际时时间（h)，若计时采用地方时，需根据时差将地方时转换为国际时。AJ值只需 保留小数点后两位有效数。太阳赤炜S即当地当日太阳直射地球的炜度，为年周期函数， 在-23° 26'~+23° 26'范围内移动，从采集数据幅宽和采集时间等因素看，对于某幅或 某景或某轨数据之中的各元数据块会使S产生变化，但是，变化却甚小，可视作S与元数 据块行列无关，即Sm，n= 6。折中，取X。为整幅或整景或整轨数据中心点经度，取T为整 幅或整景或整轨数据中心点国际时时间，计算修正值。
[0142] ②时角参数数据插值方程式观测点时角即从观测点地球子午圈至太阳正对地 球子午圈的夹角，以当地真太阳时计算，时角正午时为0°，每小时相差15°，午前为 0~-180°，午后0~+180°，以元数据块参数表示，时角公式
[0143] Tm,n= 15(tm,n+At/6〇) + ^m,n_ 180
[0144] At= 0?0028 - 1. 9857sin9 +9. 9059sin2 9 - 9. 0924cos9 -0?6882cos29 (34)
[0145] 式中^为元数据块时角，tm，n为元数据块国际时采集时间（h)，X为元数据块 经度（° )，At为真平太阳时差（min)，0按式（33)计算。
[0146] 6.根据插值方程式计算各项插值数据需要计算的各项插值数据有Am，n、 tm，n、Tm，l^ 5,其中 〇 彡m<Ml，〇<n<Ms。先计算 8,可一边对?Vh、人m，n、tm，n、Tm，J| 值，一边计算太阳高度角0SEm，n，或者全部对外V、人^、、^ 完成插值后，再统一计算 Q U SEm,n°
[0147] ⑴边插值边计算编制 程序代码处理数据时，建立，X、t、S、t变量，先计算S， 其它变量以元数据块行列号为控制，根据相应的插值方程式计算每个元数据块插值，？^.?赋 值给…赋值给赋值给t、T_赋值给T，每个元数块插值完成，则计算相应 ^SEm, n?
[0148] ⑵全部完成插值再计算建立S变量和行为W+l、列为Ms+1的…A、t、t数组， 根据相应的插值方程式先计算S，其它变量每个元数据块插值，赋值给P数组、武 值给A数组、tm，n赋值给t数组、tmJ!武值给T数组，统一完成插值再调用插值数组数据 计算各项0SEnin〇
[0149] 7.利用插值数据计算各元数据块太阳高度角参数太阳高度角是指某地太阳光线 与该地作垂直于地心的地表切线的夹角，其随着观测点、地方时和太阳赤炜的变化而变化。 增加太阳高度角数据需要依靠插值数据支撑，根据太阳高度角公式，代入由插值得到的参 数数据计算各元数据块太阳高度角参数。由太阳高度角公式，得到太阳高度角插值方程式
[0151] 可一边插值Amn、tm，n、，一边计算相应0SEmn，或者全部完成插值 入 1^、1，11、\，11后，再统一计算各项0恤11。建立行为吣+1、列为札+1的0此数组，将插值 数据1^和6代入式（35)，计算每个元数据块太阳高度角0 SEni，n，赋值给 0SE数组，或者将0SE数组转存为数据文件，便于太阳高度角校正软件调用。
[0152] 极轨遥感卫星考虑获取资料的需要，普遍采用太阳同步轨道。地球同步轨道卫星 (简称静止卫星）由于其沿赤道绕地球转，并在赤道上空与地球保持静止状态，虽然轨道状 态没有升轨和降轨的说辞，对于一级数据产品采集数据陈形和数据采集时序与极轨卫星一 致；对于二级数据产品采集数据陈形及数据采集时序也是由地球自转、在轨道飞行方向及 其飞行速度、传感器推扫方向等因素决定的，只是卫星在轨道抵消了地球自转因素，简化只 看传感器推扫方向因素。采集数据陈形为方形，按传感器推扫方向不同，或倾斜或水平或 垂直等状态，若传感器推扫方向从北向南，数据采集时序为顺序，若从南向北则为逆序；采 集数据陈形为倾斜状态，采集时间与行、列都有关，为水平状态则只与行有关，与列无关，为 垂直状态则只与列有关，与行无关。可见，一级数据产品元数据块经炜度插值及采集时间插 值、二级数据产品元数据块经炜度插值等可直接参照极轨卫星方式的相应处理，只是二级 数据产品元数据块采集时间插值则更复杂，不仅有扭摆西南向顺序插值和扭摆西北向逆序 插值，还有扭摆东南向顺序插值、扭摆东北向逆序插值、水平顺序插值、水平逆序插值、垂直 左向右推扫插值和垂直右向左推扫插值。扭摆西南向顺序插值和扭摆西北向逆序插值可直 接参照极轨卫星方式的相应处理，其它形式的元数据块采集时间插值可借鉴极轨卫星方式 的思路进行处理。宇宙飞船和航天飞机一级数据产品采集数据陈形和数据采集时序与极轨 卫星一致；虽然在轨状态可能更复杂，简化归类，二级数据产品采集数据陈形和数据采集时 序与静止卫星类似。形成怎样的采集数据陈形，主要在系统几何校正、坐标映射中考虑完成 的工作，采集时间插值只需参考此前校正中得出的采集数据陈形结论。因此，宇宙飞船和航 天飞机一级或二级数据产品元数据块经炜度插值、采集时间插值同样可参照极轨卫星、静 止卫星等方式的相应处理。静止卫星、宇宙飞船和航天飞机一级或二级数据产品其它步骤 可直接参照极轨卫星方式的相应处理。
[0153]以NOAA/AVHRR卫星遥感一级数据产品和HJ-1/C⑶卫星遥感二级数据产品两个实 施例作进一步说明。
[0154]实施例一：NOAA/AVHRR卫星遥感一级数据产品分块插值计算太阳高度角的方法
[0155]NOAA/AVHRR卫星遥感一级数据产品分块插值计算太阳高度角的方法，包括：
[0156] 1.确认遥感数据状态以便采取相应处理使用卫星数据是NOAA/AVHRR卫星遥感一 级数据产品，已完成数据定位、辐射定标，适宜实施太阳高度角校正。采集数据阵形、数据采 集时序与〇级相同，文件数据行与数据采集顺序一致。数据产品为5通道1B数据格式的二 进制数据文件，多为40~100MB，幅宽2800km。空间分辨率较低，整幅数据较宽，太阳高度 角校正往往与局地数据投影一起处理。数据产品状态与数据插值模式有关。
[0157] 2.利用附带参数数据作为数据插值的参照依据数据产品附带相关参数数据有：升 降轨标记Ud、数据空间分辨率Lm(星下点1.lkm)、数据采集年及其积日、数据采集开始时间 ts、采集结束时间te、数据总行数队和总列数Ns(2048)、固定间隔点像元的定位和太阳高度 角等参数数据。还附带有每行扫描线时间，每行安排51个固定间隔点，第一个间隔点在每 行25列，间隔列数NJ% 40,间隔行数1。参数数据附带在二进制数据文件记录头里， 每个太阳天顶角数据占1个字节，前7位为整数，后1位为小数，该数据单位为1/2度；地理 经炜度每个数据占2个字节.按炜度、经度顺序排列，前9位为整数，后7位为小数，该数据 单位为1/128度。在调用这些附带参数数据时，应该准确读取并作相应处理。利用这些参 数数据作为数据插值的参照依据。
[0158] 3.按照数据精度要求、利用太阳高度角数据遵循理论依据确定数据分块大小包括 数据分块理论依据和数据分块操作方法。数据分块理论包括太阳高度角偏差特征规律和数 据校正偏差率公式推论，数据校正偏差率公式推论确立数据校正偏差率与太阳高度角偏差 的关系，太阳高度角偏差特征规律确立数据块行列宽度与太阳高度角偏差的关系；数据分 块操作方法包括数据分块方案和数据分块计算。数据分块采取圆形区域最大内方块为元 数据块，数据精度采用最大偏差率衡量，根据需要确定最大偏差率，比如确定最大偏差率为 1%，采用附带参数最低的太阳高度角数据，由式（11)计算出元数据块的太阳高度角最大 偏差，由式（12)计算出元数据块行列宽度Lp，由式（13)计算出元数据块像元行列数Np。
[0159] 4.根据数据状态确定数据插值模式不同的数据状态决定了采用怎样的数据插值 模式。⑴一级数据产品元数据块经炜度插值模式：一级数据产品未进行系统几何校正，数据 位置畸变较大，可参照邻近定位点经炜度插值，就不影响数据位置插值精度；宏观时空以等 尺度量度，适宜使用线性插值算法。参照点之间插值方式以定位点位置为参照，参照点之间 的经度、炜度以等尺度规律按经向、炜向线性插值；遥感数据产品附带参数数据可满足参照 点之间插值方式。⑵一级产品元数据块采集时间插值模式：一幅数据采集时间较短，采集时 间插值只区分到数据行。使用逐行扫描式传感器，逐行推进。宏观时空以等尺度量度，适宜 使用线性插值算法。采集时间插值应按照数据采集行的时序进行推算。一级数据产品文件 数据行与数据采集行时序仍然相同，可按照文件数据行推算，采集时间插值公式较简单。⑶ 确定赤炜、时角参数插值模式：计算太阳赤炜、时差等天文参数有数值模拟法和理论展开式 法，有多种公式，时角参数计算引入时差订正，赤炜和时角插值则套用有关天文学者研宄设 计或改进的、精度较高又较为简洁的公式，其它相应的常见公式也可以套用。
[0160] 5.根据插值模式落实数据插值方程式NOAA/AVHRR卫星遥感一级数据产品幅宽较 宽，通常通过局地投影裁剪一定范围、需要用到的局部数据。在局地投影之前先安排太阳高 度角校正，并借局地投影设置参数之机对投影范围使用到的固定间隔点定位、太阳高度角、 采集开始时间、结束时间等参数数据从新整理，与投影区域数据建立对应关系，便于数据准 确调用；在新设定的投影区域数据范围内对其像元、元数据块分别独立行列编号，以该区域 像元行列号和元数据块行列号为控制进行数据处理。需要落实一级数据产品元数据块中心 点经炜度、采集时间、赤炜、时角的插值方程式。元数据块中心点经炜度插值对于一级数据 产品是依赖固定间隔点定位数据为参照，元数据块中心点与参照点如上所述一般有4种情 况，但是，间隔点行数Nri= 1，出现2种情况，其一为元数据块中心点与定位点重合，其二为 元数据块中心点在两个同行定位点之间。元数据块中心点与定位点重合，按式（14)处理， 元数据块中心点在两个同行定位点之间，按式（15)处理。一级数据产品数据采集时序与文 件数据行一致，采集时间插值按式（18)处理，或者直接调用每行扫描时间。赤炜参数插值 套用公式按式（33)处理，时角参数插值套用公式按式（34)处理。特殊情况，在首列和末列 等临近的元数据块中心点经炜度插值中，若元数据块中心点不在两个定位点之间，也不与 某个定位点重合，则以邻近定位点经炜度值为参照插值。
[0161] 6.根据插值方程式计算各项插值数据利用附带参数数据根据相应的插值方程式 计算和,《、人^、、^ ^^和S各项插值数据。
[0162] 7.利用插值数据计算各元数据块太阳高度角参数根据太阳高度角公式，代入由插 值得到的参数数据，计算各元数据块太阳高度角参数。
[0163] 实施例二：HJ-1/CXD卫星遥感二级数据产品分块插值计算太阳高度角的方法
[0164]HJ-1/C⑶卫星遥感二级数据产品分块插值计算太阳高度角的方法，，包括：
[0165] 1.确认遥感数据状态以便采取相应处理使用卫星数据是HJ-1/C⑶卫星数据二级 数据产品，已完成数据定位、辐射定标、系统几何校正和坐标映射，适宜实施太阳高度角校 正。受地球自转、在轨道飞行方向及其速度和传感器推扫方向等影响，二级数据产品降轨时 采集数据阵形扭摆西南向（参见图6)，升轨时采集数据阵形扭摆西北向。数据采集行与文 件数据行存在一定大小夹角，数据采集时序在降轨时为顺序，在升轨时为逆序。数据产品为 2级4通道4个TIF数据文件，多为790~898MB，幅宽360km。数据产品状态与数据插值模 式有关。
[0166] 2.利用附带参数数据作为数据插值的参照依据数据产品附带相关参数数据有：升 降轨标记Ud、数据空间分辨率Lm(30km)、采集日期Dymd、采集开始时间ts、采集结束时间te、 数据总行数队和总列数NS，以及整景数据中心点、四周顶角点像元的定位、太阳高度角等 参数数据，如文件数据顶角经炜度，即左上角炜度(奶*)经度（Avlu)，右上角炜度(％?)经度 (入wu)，左下角炜度(料/)经度（Avld)，右下角炜度(外4经度（Avrd)，以及整幅数据中心点太 阳高度角数据（0SEF)等，还附带有图像数据顶角参数数据，即左上角炜度(仰,)经度（Alu)， 右上角炜度(和,)经度（AJ，左下角纬度(料/)经度（Ald)，右下角炜度(外(/)经度（AJ。参数 数据记录在与TIF数据文件同名、后缀为 XML的文件中。利用这些参数数据作为数据插值 的参照依据。
[0167] 3.按照数据精度要求、利用太阳高度角数据遵循理论依据确定数据分块大小包括 数据分块理论依据和数据分块操作方法。数据分块理论包括太阳高度角偏差特征规律和 数据校正偏差率公式推论，数据校正偏差率公式推论确立数据校正偏差率与太阳高度角偏 差的关系，太阳高度角偏差特征规律确立数据块行列宽度与太阳高度角偏差的关系；数据 分块操作方法包括数据分块方案和数据分块计算。数据分块采取圆形区域最大内方块为 元数据块，数据精度采用最大偏差率衡量，根据需要确定最大偏差率，比如确定最大偏差率 为0. 1%，采用附带景数据中心点太阳高度角数据，由式（11)计算出元数据块的太阳高度 角最大偏差，由式（12)计算出元数据块行列宽度Lp，由式（13)计算出元数据块像元行列数 Np〇
[0168] 4.根据数据状态确定数据插值模式不同的数据状态决定了采用怎样的数据插值 模式。⑴二级数据产品元数据块经炜度插值模式：二级数据产品已进行系统几何校正，数据 位置畸变较小，参照整景数据四周顶角或中心的定位点经炜度插值，可满足数据位置插值 精度要求。宏观时空以等尺度量度，适宜使用线性插值算法。数据位置插值可采取参照点之 间插值方式，以定位点位置为参照，参照点之间的经度、炜度以等尺度规律按经向、炜向线 性插值。遥感数据产品附带参数数据可满足参照点之间插值方式。⑵二级产品元数据块采 集时间插值模式：一景数据采集所需时间较短，对采集时间插值只区分到数据行。使用线阵 列推扫式传感器，逐行推进。二级数据产品降轨时采集数据阵形扭摆西南向，升轨时采集数 据阵形扭摆西北向。数据采集行与文件数据行存在一定大小夹角，数据采集时序在降轨时 为顺序，在升轨时为逆序。宏观时空以等尺度量度，适宜使用线性插值算法。按照倾斜的数 据采集行及采集时序推算，采集时间插值公式相对较繁琐。倾斜状态可参照采集数据阵形， 数据采集行斜率可由四周顶角定位数据计算，或者由文件数据的像元排列位置粗略计算， 文件数据中各元数据块采集时间需要根据数据采集行斜率、采集开始时间和结束时间等数 据插值计算。⑶确定赤炜、时角参数插值模式：赤炜和时角插值则套用有关天文学者研宄设 计或改进的、精度较高又较为简洁的公式，其它相应的常见公式也可以套用。
[0169] 5.根据插值模式落实数据插值方程式根据二级数据产品相应的插值模式，元数据 块中心点经炜度插值以整景数据四周顶角定位数据为依据，元数据块中心点采集时间插值 按倾斜的数据采集行和采集时序推算。以降轨为例，受地球自转、在轨道飞行方向及其速度 等影响，采集数据阵形扭摆西南向，采集时序为顺序。需要落实二级数据产品元数据块中 心点经炜度、采集时间、赤炜、时角的插值方程式。求解元数据块中心点炜度，是通过先 计算炜度行密度，以开始行炜度为依据，参照式（20)处理；同理，求解元数据块中心点经度 入^，先计算经度列密度，以开始列经度为依据，参照式（22)处理；求解元数据块中心点采 集时间tm，n，需要计算数据采集行斜率km，n、数据采集开始时间到结束时间所对应文件数据 行数Nse、每行平均占用时间、以及文件数据左侧上端开始时间tvs，采集时序为顺序，计算km，n、NS6、&、tvs分别参照式（23)、式（25)、式（26)、式（27)处理，计算tm，n参照式（28)处 理。赤炜参数插值套用公式按式（33)处理，时角参数插值套用公式按式（34)处理。升轨 时，采集时序为逆序，与顺序插值类似，参照前述相应公式处理。
[0170] 6.根据插值方程式计算各项插值数据利用附带参数数据根据相应的插值方程式 计算Am，n、tm，n、Tm，n和S各项插值数据。
[0171] 7.利用插值数据计算各元数据块太阳高度角参数根据太阳高度角公式，代入由插 值得到的参数数据，计算各元数据块太阳高度角参数。
[0172] 卫星等天基遥感数据产品多为多波段（或称多通道）遥感数据，比如NOAA/AVHRR 为5波段和HJ-1/CCD为4波段等，某幅或某景或某轨产品各个波段数据一般为同地域同幅 宽同时采集，使用某幅或某景或某轨产品附带参数为插值依据进行分块插值计算得出的太 阳高度角数据只适用于该幅或该景或该轨产品各个波段数据。
[0173] 采用数据校正最大偏差率衡量数据精度则较为苛刻，也可采用平均偏差率等衡 量。由数据校正平均偏差率公式确立数据校正平均偏差率与太阳高度角平均偏差的关系， 根据太阳高度角偏差特征规律建立太阳高度角平均偏差与数据块行列宽度的关系，可确定 元数据块大小。由数据校正平均偏差率建立的数据插值密度方法同样达到较好的数据校正 效果。从工程实现来看，数据分块方案采用圆形区域最大内方块为单元分块最理想，其实， 采用与圆形区域等面积方块为单元分块，或者采用圆形区域最小外方块为单元分块等，其 效果同样很好，因为同样有圆形区域参照。类似这些更改都是在本技术方案中指导下实现 的。
[0174] 本文三角函数角的默认单位以度（° )表示，用计算机语言编程要注意三角函数 角的单位，比如IDL语言三角函数角的默认单位是弧度（rad)，在使用中若为默认状态或弧 度方式，需将角度值以弧度表示，式（4)中jt/180、式（6)中180/jt应相应去掉。
【主权项】
1. 一种确定天基遥感太阳高度角数据密度的方法，其特征在于，包括数据分块理论依 据和数据分块操作方法；所述数据分块理论依据，即通过数据校正偏差率公式推论确立数 据校正偏差率与太阳高度角偏差的关系，通过太阳高度角偏差特征规律确立数据块行列宽 度与太阳高度角偏差的关系，以太阳高度角偏差特征规律和数据校正偏差率公式推论作为 数据分块的理论依据；所述数据分块操作方法，包括数据分块方案和数据分块计算；所述 数据分块方案，即对整幅或整景或整轨数据无法按圆形区域分块，为了满足数据精度要求， 并使插值过程简单化，采取圆形区域最大内方块为元数据块；所述数据分块计算，即根据数 据用途确定校正数据精度大小，调用或计算太阳高度角参数数据，由数据校正偏差率公式 计算元数据块的太阳高度角偏差，依据数据块行列宽度与太阳高度角偏差的关系计算出元 数据块行列宽度，确定元数据块大小；在遥感数据处理中元数据块大小确定，并且每个元数 据块共同使用一个太阳高度角数据，也就确定了遥感数据的太阳高度角数据密度。2. -种天基遥感分块插值计算太阳高度角的方法，其特征在于，是基于插值法以分 块形式得到元数据块中心点经炜度值和采集时间，根据公式计算元数据块太阳高度角的方 法，包括下列步骤： (1) 确认遥感数据状态以便采取相应处理； (2) 利用附带参数数据作为数据插值的参照依据； (3) 按照数据精度要求、利用太阳高度角数据遵循理论依据确定数据分块大小； (4) 根据数据状态确定数据插值模式； (5) 根据插值模式落实数据插值方程式； (6) 根据插值方程式计算各项插值数据； (7) 利用插值数据计算各元数据块太阳高度角参数； 在步骤（1)中，所述确认遥感数据状态以便采取相应处理，即遥感数据产品从校正数 据状况可分为O~五级，确认数据校正级别，落实数据产品是否已经完成数据定位、辐射定 标、系统几何校正和坐标映射，不同级别的数据产品需要根据附带定位数据分布、采集数据 阵形和数据采集时序的状况采取相应的数据插值处理； 在步骤（2)中，所述利用附带参数数据作为数据插值的参照依据，即天基遥感数据产 品附带有相关参数数据，利用这些参数数据作为数据插值的参照依据； 在步骤（3)中，所述按照数据精度要求、利用太阳高度角数据遵循理论依据确定数据 分块大小，包括数据分块理论依据和数据分块操作方法；所述数据分块理论依据，即通过 数据校正偏差率公式推论确立数据校正偏差率与太阳高度角偏差的关系，通过太阳高度角 偏差特征规律确立数据块行列宽度与太阳高度角偏差的关系，以太阳高度角偏差特征规律 和数据校正偏差率公式推论作为数据分块的理论依据；所述数据分块操作方法，包括数据 分块方案和数据分块计算；所述数据分块方案，即对整幅或整景或整轨数据无法按圆形区 域分块，为了满足数据精度要求，并使插值过程简单化，采取圆形区域最大内方块为元数据 块；所述数据分块计算，即根据数据用途确定校正数据精度大小，调用或计算太阳高度角参 数数据，由数据校正偏差率公式计算出元数据块的太阳高度角偏差，依据数据块行列宽度 与太阳高度角偏差的关系计算出元数据块行列宽度，确定元数据块大小。3. 如权利要求2所述的天基遥感分块插值计算太阳高度角的方法，其特征在于，所述 根据数据状态确定数据插值模式，包括：确定一级或二级数据产品元数据块经炜度插值模 式；确定一级或二级数据产品元数据块采集时间插值模式；确定赤炜、时角参数插值模式。4. 如权利要求3所述的天基遥感分块插值计算太阳高度角的方法，其特征在于，所述 根据插值模式落实数据插值方程式，包括：根据相应的插值模式，落实一级数据产品元数据 块经炜度插值方程式和采集时间插值方程式；或者根据相应的插值模式，落实二级数据产 品元数据块经炜度插值方程式和采集时间插值方程式；根据赤炜、时角参数插值模式，落实 赤炜、时角参数插值方程式。5. 如权利要求4所述的天基遥感分块插值计算太阳高度角的方法，其特征在于，所述 根据插值方程式计算各项插值数据，即利用附带参数数据根据相应的插值方程式计算各项 插值数据。6. 如权利要求5所述的天基遥感分块插值计算太阳高度角的方法，其特征在于，所述 利用插值数据计算各元数据块太阳高度角参数，即根据太阳高度角公式，代入由步骤（6) 计算所得的各项插值数据，计算各元数据块太阳高度角参数。
【专利摘要】本发明涉及天基遥感分块插值计算太阳高度角的方法，包括确认遥感数据状态；以附带参数数据作为插值参照；遵循理论依据确定数据分块大小；确定数据插值模式；落实数据插值方程式；计算各项插值数据；计算各元数据块太阳高度角参数。适当增加太阳高度角数据，弥补了天基遥感太阳高度角数据不足；建立了确定天基遥感太阳高度角数据密度的方法和计算公式，利于确定合理的太阳高度角数据分布；充分提高天基遥感太阳高度角校正数据精度，利于遥感地物反演和识别；采用本技术方案，一级数据产品不需携带固定间隔点太阳高度角数据；技术方法具有易理解、易实现、实用佳和高精度等特点。
【IPC分类】G01C1/00
【公开号】CN104897130
【申请号】CN201510340050
【发明人】张行清
【申请人】广西壮族自治区气象减灾研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月18日
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