星上定标用分谱比辐射计的辐射探测性能研究

采用比辐射计进行比对测量是监测光学遥感仪器星上定标光源载体漫射板反射性能在轨变化的有效手段。用于海洋水色遥感的新一代星载成像光谱仪必须设计成以太阳作光源的在轨绝对辐射定标系统,才能满足定量化产品反演的使用要求。国外星上定标器的漫反射板长期跟踪测量结果表明,漫射板的反射性能一直在发生变化,且波长越短变化越大,而海洋水色遥感要素的探测恰恰集中在靠近紫外的波长区域。针对这个问题,设计了分谱比辐射计,并对其辐射探测性能进行了理论分析与实验测量。结果表明,在整个动态测量范围内线性相关系数优于0.9991,在轨输入能量条件下的分谱信噪比在整个使用波长范围内优于100,可以满足成像光谱仪星上定标源反射特性标定的精度要求。     

新型紫外波段星载太阳定标板漫反射特性测量

星载太阳定标漫反板的漫反射朗伯特性及其辐照衰减特性直接决定了空间遥感仪器在轨辐射定标长期的精度和稳定性。为保证紫外高光谱探测仪的在轨辐射定标精度,在介绍目前常用太阳定标漫反板材料的基础上,提出了一种新型的紫外波段漫反板备选材料：高纯度不透明熔融石英材料HOD,并比对测试了该新型HOD漫反板与传统铝制漫反板的漫反射朗伯特性和辐照衰减特性。结果表明,32个等效太阳时(32ESH)的真空紫外辐照后,HOD漫反板在290 nm衰减为7.5%,优于传统铝制漫反板的10%。并且铝制漫反板在290 nm附近的朗伯特性最大余弦偏差约为40%,而HOD漫反板约为10%。因此,新型HOD漫反板在紫外波段的漫反射特性优于传统的铝制漫反板,可提高空间紫外遥感仪器的在轨辐射定标的长期精度。     

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。     

溯源于低温辐射计的1064nm波段探测器绝对光谱响应度定标

标准传递探测器在红外波段的绝对光谱响应度定标不确定度较大且难以降低,其主要影响因子是窗口透过率的测量不确定度,该项因子是由布儒斯特窗口的状态复现引入。给出了陷阱型标准传递探测器在1 064 nm波段溯源于低温绝对辐射计的定标实验过程和结果。介绍了低温辐射计新型Y型定标光路,该光路消除了低温辐射计窗口反射损耗引入的不确定性。实验测试了探测器在1 064 nm波段的线性、空间响应均匀性、稳定性和空间偏振非敏感性。结果表明:传递探测器绝对光谱响应度定标的不确定度优于0.023%,响应度重复性的实验结果表明了Y型低温辐射计定标光路改造的可行性。     

空间紫外遥感光谱辐射计光谱辐亮度定标三种方法的比较

应用基于spectralon平面漫反射板和两种基于积分球的辐亮度共三种定标方法,标定了空间紫外遥感光谱辐射计的辐亮度响应度。初步尝试分析了每种方法的相对不确定度,指出漫反射板双向反射分布函数(BRDF)的测量不确定度和平面漫反射板亮度的计算不确定度是这三种定标方法比对中不一致的主要原因。定标数据比对显示,使用这三种定标方法得到的光谱辐射计辐亮度响应度在各自给定的相对不确定度范围以内(约3%)相符合。     

红外陷阱探测器的光谱辐射定标技术

遥感信息定量化要求高精度的光谱辐射定标技术支撑,使传感器获取数据可比较性、测量精度和长期稳定性得到保证,溯源于低温绝对辐射计的定标技术是发展趋势.为提高红外绝对光谱响应率定标精度,在一种薄膜热电堆传感器上加装镀金反射半球,研制了红外陷阱探测器作为标准传递探测器.利用电替代技术,测试了红外陷阱探测器光谱响应线性、空间响应均匀性和稳定性.通过溯源于低温绝对辐射计的光谱辐射定标系统,标定了其在1. 1~3. 0μm短波红外波段的绝对光谱响应率,合成不确定度小于1%.将红外陷阱探测器应用于红外光谱辐射定标,可缩短低温绝对辐射计的红外光谱功率标准传递链路并提高定标精度.     

超连续激光单色仪系统级光谱响应度定标比对验证

细分光谱扫描定标技术是实现遥感器高精度光谱辐射定标的重要方式,基于超连续激光单色仪的定标装置是实现遥感器细分扫描定标的新选择。为验证所建立的超连续激光单色仪装置的系统级定标能力,利用硅辐亮度计和滤光片辐射计,分别采用超连续激光单色仪定标装置和可调谐激光定标装置对其进行了系统级绝对光谱响应度定标比对验证。实验结果表明:在所验证波段范围内,两种定标装置获得的硅辐亮度计绝对光谱响应度系统级定标结果最大偏差为0.6%。通道式滤光片辐射计的带内绝对光谱响应度定标结果最大偏差优于0.4%,带内积分响应度最大偏差约0.1%。文中的研究验证了超连续激光单色仪定标装置具有良好的系统级定标能力,能够获得较高的定标精度,在遥感器的绝对光谱响应度定标中具有重要应用前景。     

基于灰阶靶标的高分辨光学卫星传感器在轨绝对辐射定标

辐射定标是光学卫星传感器遥感信息定量化的关键技术之一。基于多灰阶靶标的星载多光谱相机在轨绝对辐射定标方法,以地面漫射辐射/总辐射比、大气光学厚度等参数的实际测量代替气溶胶散射特性假设,通过参照目标反射辐射与大气程辐射及地气耦合辐射的分离,简化定标流程,并突破大面积辐射校正场受时空条件的限制,实现高分辨率多光谱遥感器全动态范围内的高精度、高频次、业务化定标。试验结果表明:基于灰阶靶标的高分辨光学卫星传感器在轨绝对辐射定标不确定度优于3.5%,与反射率基法定标结果的差异优于5%,且适应于复杂环境条件下在轨定标的应用需求。     

扫描辐射计可见通道发射前外场定标方法对比

FY-2扫描辐射计是中科院上海技术物理研究所研制的我国风云二号静止气象卫星的主要载荷之一，为确定其响应率，中国科学院安徽光机所对FY-2（05）扫描辐射计进行了辐亮度法定标和Langley法定标，并对定标所用的5种反射率的漫反射板均匀性、反射比、BRDF性能进行了检测，给出了基于辐射标准传递的辐亮度定标的基本原理和数据处理方法，以及辐亮度定标和Langley法定标结果，综合不确定度为6.0%~6.4%。同时，提出了独立于相对光谱响应函数的基于标准探测器的反射比定标法，并与辐亮度法和Langley法进行了对比分析，其定标结果具有一致性。     

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。     

真空远紫外波段铝基漫反射板BRDF特性研究

利用铝基漫反射板可以实现在真空紫外波段对星载光谱仪器的在轨辐射定标,通过大气外太阳辐照度与漫反射板的BRDF特性可以对探测器进行标定,漫反射板在这个过程中起到标准传递的作用。为了研究铝基漫反射板在真空远紫外波段的BDRF特性,通过对光源进行监测和补偿,使用相对测量的方式,减少了探测器响应不线性和光源不稳定性带来的误差。使用BRDF测量设备对漫反射板在110 nm、150 nm和200 nm三个波长下以正入射和30°斜入射的组合进行BRDF测量,实验结果表明,BRDF值与波长、入射角度和天顶角等因素相关,在正入射时,110 nm和150 nm波长的BRDF峰值比200 nm时分别下降26.10 %和11.94 %,斜入射时,110 nm和150 nm波长的BRDF峰值比200 nm时分别下降31.04 %和16.04 %;在正入射和斜入射时,BDRF值均随方位角的增加而减少,但是正入射时漫反板的散射相对比较均匀,斜入射时的镜面反射现象明显;随入射角度的增加,BRDF值随天顶角的增加下降趋势更快。实验结果可以为铝基漫反射板在远紫外波段的BRDF特性提供数据参考,为星上定标提供依据。     

红外相机实时绝对辐射定标技术研究

辐射定标技术是实现定量遥感的关键环节。近年来,随着红外遥测技术愈发成熟,星上红外辐射定标已成为空间定量遥感技术的重要发展方向。文中从红外相机实时绝对辐射定标的背景出发,提出了半光路星上绝对辐射定标和基于多温度场的场地绝对辐射定标方法,结合实验数据,分别采用星上定标、场地定标、交叉定标三种方案进行在轨绝对辐射定标实验验证,并对其适用场景进行了分析。结果表明,通过结合半、全光路定标数据处理和转换技术,利用水面场和陆面场的场地绝对辐射定标方法,优选合适的定标场地,同时在陆面场中增加典型地物场景实现多温度场定标的方法,所提出的辐射定标方法实现了实时高精度绝对辐射定标,定标精度优于1.5 K。     

视频卫星在轨相对辐射定标方法

视频卫星利用敏捷姿态性能对地凝视成像,实现对目标的动态监测。为了消除视频卫星获取时序图像中由探测元件响应差异引起的非均匀性,获得清晰的图像和准确的辐射信息,需要针对视频卫星传感器进行相对辐射定标。由于成像机理不同,基于统计的在轨辐射定标方法并不适用于视频卫星,提出采用均匀场景的视频卫星在轨相对辐射定标方法,分别对云层、海洋和沙漠三种典型的均匀场景进行凝视视频成像,解算相对辐射定标系,其中,沙漠场景的处理取得了较好的相对辐射定标系数,校正吉林一号视频单帧影像。该方法能够有效修复图像缺陷,图像的非均匀性由3.7%降低至1.2%。     

卫星激光测高仪在轨检校脉冲探测器的设计、测试及应用

针对我国高精度立体测绘卫星系统中激光测高仪的在轨场地检校的技术需求, 研制了激光脉冲探测器系统。 系统采用高速 PIN 探测单元及高速数据采集电路实现了 ns 级脉宽激光脉冲的定量化采集, 通过集成无线射频模块实 现脉冲探测器的数据远程传输。为保证脉冲探测器的野外应用性能, 系统进行了能量密度测试、能量响应一致性与 稳定性测试、探测器测量视场角测试等。试验结果表明脉冲探测器可以实现 1∼120 nJ·cm−2 的能量范围采集, 能量响 应的一致性优于 5%, 稳定性优于 1.5%, 并且可以实现 ±12◦ 角度范围内的激光脉冲的有效采集。最终探测器成功应用 到我国“高分七号”卫星激光测高仪的在轨检校中, 获得了探测器阵列的有效激光触发数据, 为激光测高仪的在轨检校 试验提供了有效的数据支撑。     

太阳辐射计实验室定标方法

太阳辐射计是全球AERONET站点最重要的观测设备,为获取全球气溶胶时空分布提供了大量的观测数据。研究一种直接溯源于低温绝对辐射计的高精度定标方法,可以在实验室环境条件下获得太阳辐射计的直射通道和天空漫射通道的定标系数,详细介绍了太阳辐射计实验室定标原理、实验装置,在太阳辐射计的主要工作波段扫描获得绝对光谱响应度定标曲线,并对测量结果进行了不确定度分析。结果表明,天空漫射通道的定标不确定度低于0.8%,太阳直射通道的定标不确定度低于2.06%。     

MODIS solar diffuser stability monitor sun view modeling

The Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) reflective solar bands (RSBs) are calibrated on-orbit using an onboard solar diffuser (SD) panel, made of Spectralon. An onboard Solar Diffuser Stability Monitor (SDSM) tracks the SDs degradation. The SDSM views the sun through a 1.44% attenuation screen during SD calibration. The observed SDSM sun view response has shown serious unexpected ripples that are as large as 10% of the averaged response and consequently disable the originally designed SD degradation tracking algorithms. In this report, a model based on geometric factors and design parameters is developed to simulate the SDSM sun view response. It is shown that the ripples are induced by erroneous design parameters and incorrect installation of the involved optical elements. The model could be used to improve the MODIS SD calibration and to provide helpful information for the design of future remote sensing systems.     

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。     

多角度偏振成像仪系统级偏振定标方法研究

系统级偏振定标是多角度偏振成像仪(Directional polarization camera, DPC)研制过程中的关键环节,对于提高大气气溶胶和云相态等定量化探测应用具有重要意义。结合矩阵光学和辐射度学理论,建立了多角度偏振成像仪偏振响应定标模型,对关键影响参量进行定标。采用大口径积分球参考光源和分视场测量方法,消除了光楔平板对DPC三检偏通道视场非一致性的影响,实现了高频和低频相对透过率的高精度测量。采用傅里叶级数的分析方法,建立全视场起偏度的测量模型,消除参考光源偏振方位角绝对位置引入的测量误差,实现光学系统偏振特性的准确测量。采用可调偏振度光源和大口径积分球辐射源,开展了偏振定标精度的比对验证实验和精度分析。测试结果表明,全视场偏振定标精度优于0.5\%,自然光状态下的偏振定标精度优于0.05\%,验证了宽视场偏振遥感器偏振辐射响应定标模型的合理性,说明该系统级偏振定标方法可满足宽视场光学偏振遥感器的高精度偏振观测科学应用要求。