黑体与恒星相结合的短波红外遥感器在轨辐射定标简析

为满足气象水文、天文观测等领域对短波红外遥感器高精度探测需求,近年来对短波红外探测定量化应用的需求越来越高。本文针对高轨面阵短波红外遥感器在轨各种因素引起的非均匀性变化情况,基于面源黑体定标结合恒星定标的在轨绝对辐射定标设计方案,结合某遥感器任务研制过程的具体实际,分析了定标精度主要影响因素及优化措施,包括星上定标方案优化、星上黑体温度控制优化、恒星提取算法优化等。通过实验室测试对在轨辐射定标方法进行了验证,并对在轨绝对辐射定标不确定度进行预估,评估结果表明定标不确定度能够满足应用要求。     

星上红外遥感相机的辐射定标技术发展综述

随着对天基对地以及临近空间目标探测的需求增大,高性能红外相机探测及海量数据定量化迫切需要高可靠性、高精度的辐射定标技术,因此,星上辐射定标装置已成为当前空间定量遥感技术发展的重要方向。在轨红外遥感相机的辐射定标主要校正探测器响应的不均匀性（相对辐射定标）和建立遥感相机输出信号与输入辐射量的函数关系（绝对辐射定标）。在介绍红外相机星上辐射定标基本原理的基础上,综述近年来几个国内外典型星上辐射定标装置及其特点,并介绍笔者所在课题组近年来基于内部定标源+天空星图的红外相机高动态范围（HDR）相对辐射定标方法的研究进展。论文对于红外辐射定标技术及星上辐射定标装置的发展具有参考意义。     

GF5B热红外通道星上定标与验证

以GF5B卫星发射前实验室定标为基础,采用星上0级黑体定标数据,建立了适用于GF5B热红外通道的星上绝对辐射定标模型。通过对2022年01月12日星上黑体定标数据进行处理,获得成像仪热红外通道的绝对辐射定标系数。对星上定标系统精度进行分析,并采用地面同步烟台浮标数据对定标结果进行精度验证,结果表明,在轨后星上定标系统的绝对定标精度为0.9 K;星地验证结果显示B11和B12通道亮温的偏差分别为0.33、0.77 K。说明基于星上黑体的定标方法具有较好的精度,定标结果可靠,可满足遥感数据定量化应用的需要,为实时准确获取热红外通道定标系数提供了方法借鉴。     

定标漫反射板实验室系统级BRDF测量方法

星上定标系统是卫星遥感器的重要组成部分,用于实现仪器的星上辐射定标等功能。介绍了安装在某一时间调制型傅里叶变换光谱仪上的星上定标系统,该星上定标系统采用漫反射板太阳辐射定标方法进行仪器在轨全口径、全光路、全视场的星上辐射定标。定标漫反射板在光谱仪光路最前端反射太阳光,通过已知的大气外太阳照度和漫反射板的双向反射分布函数BRDF确立辐亮度标准。定标漫反射板的BRDF需要在实验室进行精确测量。介绍了在光谱仪整机状态下使用太阳模拟器和标准漫反射板进行定标漫反射板实验室系统级BRDF测量的方法,对使用定标漫反射板系统级BRDF进行星上辐射定标时的绝对辐射定标精度进行了分析,绝对辐射定标精度能够满足5%的指标要求。     

利用南海水面开展我国静止气象卫星红外通道在轨辐射定标

中国遥感卫星辐射校正场以青海湖水面作为遥感卫星红外探测通道外场辐射定标的场地.我国静止气象卫星风云二号(FY-2)系列是自旋稳定卫星,其红外通道无法进行在轨时的星上绝对定标,而青海湖对于位于东经105°赤道上空的FY-2卫星来说,卫星天顶角有36°,超过了外场辐射校正测量规范要求.本文介绍了利用我国南海海面水体辐射,进行与静止气象卫星的同步测量试验,开展卫星红外通道在轨外场辐射定标处理的可行性研究.在分别对FY-2B与FY-2C的测量数据处理后,初步确定我国南海海面可以作为我国静止气象卫星在轨辐射定标的场地.     

一种卫星遥感仪器热红外通道在轨绝对辐射定标新方法

利用青海湖水文自动观测浮标系统测得的水表温度和NCEP再分析资料的探空数据对HY-1／COCTS热红外通道进行在轨绝对辐射定标．该方法定标结果与常规场地试验定标结果一致，可以实现对卫星热红外通道的在轨连续场地绝对辐射定标．     

大口径红外光电系统辐射定标及误差分析

为了实现对大口径红外光电系统的辐射定标,建立了基于大面源黑体的辐射定标系统以及基于红外单色照明光管的光谱定标系统.利用腔型黑体、连续可变滤光片CVF和平行光管组成红外单色照明光管,对红外系统进行光谱定标,确定系统归一化相对光谱响应函数.利用大面源黑体覆盖红外系统入瞳和视场,对红外系统进行辐射定标,确定系统绝对辐射亮度响...     

FY-2B热红外通道星上实时绝对辐射定标

选取了2002年6月24日到8月30日00、06、12、18（世界时）的FY-2B卫星云图，获取这段时间青海湖晴空时的图像共34次，并获取其卫星计数值。利用青海湖自动浮标系统测得的水表温度和NCEP再分析资料的大气廓线,利用MODTRAN3.7计算大气层顶辐亮度和亮温，获得FY-2B热红外通道绝对辐射定标系数，从而计算等效黑体温度。同时获取对应时刻的星上黑体温度、计数值以及星上环境温度。据此建立等效黑体温度和星上黑体温度的转换关系，实现静止气象卫星热红外通道星上实时绝对辐射定标。     

HJ-1B卫星热红外通道在轨场地定标与验证

在对热红外辐射计CE312定标的基础上,基于青海湖水面辐射校正场,采用CE312开展同步测量实验,对HJ-1B卫星热红外通道进行在轨绝对辐射定标。由于HJ-1B卫星在轨星上定标系统不稳定,高温点难以准确获取,因此分别使用单点法和两点法,对2010年8月1日和5日两组传感器入瞳等效辐亮度值和卫星通道计数值回归得到该卫星通道绝对定标系数,并使用内蒙达里湖水面辐射校正场2010年6月29日实测数据进行定标系数的验证工作。验证结果表明,青海湖场地两次定标系数有较好的一致性,定标结果稳定可信。两点法所得定标系数的精度高于单点法。     

高精度中远红外辐射定标技术研究

红外辐射定标是红外遥感信息定量化的关键技术之一。从我国空间红外传感器的发展要求出发，结合国外基于绝对低温辐射计的红外辐射定标技术研究状况，提出了利用宽波段可调谐激光器和球状InSb、HgCdTe光电探测器以及薄膜热电堆探测器TS-76来实现高精度中远红外辐射定标的技术方案。     

基于加权最小二乘法的红外辐射定标

随着红外物理与红外技术的深入发展,目标的辐射特性测量受到了广泛的重视,红外探测器的辐射定标直接决定了辐射特性测量精度,为此文中建立了辐射定标系统,对3～5μm的红外焦平面阵列相机进行了绝对辐射定标实验。文中给出了辐射定标的数学模型,制定了定标的流程并进行了相应的辐射定标实验;针对红外标准源和环境波动性的影响,提出了加权最小二乘法的辐射定标优化方法;通过外场辐射特性测量实验表明,该方法的反演误差优于4%,提高了辐射定标的精度,结果满足实际工程的需要。     

基于光谱与几何匹配的GOCI与MODIS交叉辐射定标

海洋卫星COMs-1（Communication, Ocean &Meteorological Satellite-1）上携带的GOCI（Geostationary Ocean Color Imager）传感器以海洋监测为主,也具备较好的陆地监测潜力,但传感器陆地辐射特性存在偏差。为改善GOCI陆地辐射特性,基于MODIS数据,对GOCI可见光和近红外波段开展交叉辐射定标,弥补场地定标成本较高、定标参数更新周期长的不足,拓展其陆地定量遥感监测能力。交叉辐射定标中,考虑GOCI和MODIS传感器相应波段光谱响应函数之间的匹配; 通过辐射传输模拟,订正两传感器观测角度对辐射定标的影响;通过选取两传感器同一过境时刻的数据,降低太阳角度对辐射定标的影响,提高交叉定标精度。通过MODIS数据模拟的GOCI相应波段的表观辐亮度与GOCI实测结果比对,R2大于0.88。对定标结果进行初步验证,表明交叉辐射定标后,GOCI陆地上的辐射特性满足基本的定量遥感需求。     

Absolute calibration of VEGETATION derived from an interband method based on the Sun glint over ocean

Absolute radiometric calibration is one of the main elements that contribute to the quality of measurements obtained with optical remote sensing instruments, but maintaining a good calibration accuracy during the whole life of an instrument is a difficult task. Since the sensitivity of an instrument generally changes after launch and degrades with time, many sensors have been equipped with onboard calibration devices. But these devices being not perfectly reliable, independent calibration methods based on natural targets are necessary to validate the results. The Sun glint calibration method is an interband calibration method that uses the specular reflection of the Sun on the ocean surface to transfer the absolute calibration of one reference spectral band to other spectral bands, from visible to short wave infrared wavelengths. Despite the drawback of relying on the absolute calibration of a reference spectral band, this method is one of the rare methods that can provide accurate calibration results for near-infrared spectral bands up to 1650 nm, without requiring costly in situ measurements simultaneously to the satellite overpass. This paper details the Sun glint calibration method and its error budget, and gives the results obtained with the VEGETATION instrument that was recently launched onboard the Systeme Pour l'Observation de la Terre 5 (SPOT-5) satellite. These results compare very well with the results of other calibration methods.     

傅里叶变换红外光谱辐射定标方法的研究

红外辐射定标是红外遥感信息定量化的关键技术,对所测光谱进行定标是定量分析中的重要环节。给出了两点定标、线性多点定标和非线性多点定标的具体算法,使用傅里叶变换红外光谱仪,测量了HFY-302B和HFY-300B型黑体在不同温度下的辐射谱,其中一些辐射谱用于定标,使用另外一个特定温度下的辐射谱来检验定标结果,结果表明,线性多点定标方法更加准确。     

利用大洋浮标数据和NCEP再分析资料对FY-2C红外分裂窗通道的绝对辐射定标

介绍利用大洋浮标数据和NCEP再分析资料对FY-2C红外分裂窗通道进行在轨绝对辐射定标的方法,并选择了2006年10个时次的卫星数据进行辐射定标试验.将利用这种方法获得的定标结果与FY-2C卫星数据产品中提供的定标查找表进行比较分析,结果表明两套不同的定标系数反演的大气层顶(TOA)亮度温度的主要差别集中在云顶、冰雪覆盖区域等低温像元;而在常温区的陆表和海表像元定标结果差别较小,反演的TOA亮温差在2K左右.提出的替代定标方法可以极大地提高定标频次,为实现FY-2C红外分裂窗通道的实时绝对辐射定标提供了重要的方法基础.     

In-flight absolute calibration of the Landsat-5 TM on the test site Salar de Uyuni

In Brazil, the increase of the application of quantitative approaches in the natural resources studies using remote sensing technology has required knowledge about the radiometric conditions of remote sensors as the Thematic Mapper (TM) and the Enhanced TM Plus, for instance. The establishment of a correlation between radiometric data and biophysical and geophysical ones has become a frequent need in the Brazilian remote sensing community, and it has increased the demand of calibration coefficients in order to transform digital numbers to physical values like radiance and reflectance. Since the China-Brazil Environmental Remote Sensing Satellite became a reality, the necessity to perform calibration campaigns increased significantly. Following Price and other researcher's suggestions, an in-flight absolute calibration of the Landsat-5 data was carried out in the Salar de Uyuni, Bolivia. It was only possible to determine calibration coefficients for bands TM2, TM3, and TM4 due to the saturation of band TM1 and surface moisture conditions that impacted the TM5 and TM7. The methodology applied here seemed to be sufficient to determine valid calibration coefficients for orbital sensors.     

光学遥感基础实验过程

敦煌辐射校正场,是我国为实现对地观测卫星传感器的辐射校正于１９９６年确定的陆地校正场．校正场实验的目的是准确把握场地的遥感光学特性,用于校正模式模型的建立以及实施卫星传感器的校正的同步观测．校正场实验是光学遥感基础实验过程较为系统和完整的范例之一．