基于辐照度法的场地辐射校正试验研究——场地同步观测仪器的比较

2000年9月在敦煌辐射校正场用国内外两组仪器同时获取场地数据，经数据处理分析后，对中巴地球资源一号卫星CCD相机进行了绝对辐射定标。本文通过对试验数据的结果比对和误差分析，证明国产仪器完全能满足对中巴地球资源一号卫星进行绝对辐射定标的精度要求。     

资源一号02C PMS传感器在轨场地绝对辐射定标研究

资源一号02C全色/多光谱传感器数据在国民经济建设中有着广泛的应用, 而精确的绝对辐射定标系数决定着其应用的广度与深度。在轨场地定标方法是获取高精度定标系数的有效方法之一。利用敦煌辐射校正场,基于地面同步测量实验,通过两点法对资源一号 02C卫星全色/多光谱传感器进行在轨绝对辐射定标。并使用新疆靶标2012年7月23日实测数据进行定标系数的验证工作。结果表明：利用两点法所得定标系数可靠性高,可满足遥感数据定量化应用的需要。     

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。     

场地自动化观测辐射计的设计与实现

为了解决场地替代定标中人工测量地表反射率的不足,提高定标频次,获取大量连续的观测数据,研制了场地自动化观测辐射计,该辐射计共8个通道,覆盖可见及近红外波段,光谱带宽20~40 nm,通过北斗卫星实现远程数据传输,可以实现无人职守下的自动观测和数据回传。文中对该仪器的工作原理、各单元的设计和特点进行了描述,并给出了辐射计的室内辐射定标方法和结果,最后介绍了辐射计在敦煌辐射校正场的实验情况。     

CBERS-2 CCD相机绝对辐射定标系数验证与评价

卫星遥感器绝对辐射定标系数的有效性检验,是对卫星遥感精度进行全面评价的最有效手段之一。利用绝对辐射定标系数反演反射率值与实测值对比的方法,对CBERS-2CCD相机绝对辐射定标结果进行了有效性检验与误差分析,根据分析结果对CCD相机4个波段的绝对辐射定标系数作出了客观的评价。验证表明,两点法获得的CCD相机定标系数可靠,定标效果较好,而单点法获得的定标系数对CCD相机不适用。     

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.     

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．     

高分一号卫星PMS 相机多场地宽动态辐射定标

为克服卫星遥感器常规定标方法不足,实现GF-1 卫星PMS 相机高精度在轨定标,提出了多场地宽动态辐射定标方法,分析了新方法的不确定度。首先,介绍宽动态辐射定标原理和试验场区概况,设计开展了GF-1 卫星多场地同步观测试验;接着,基于试验数据和宽动态定标模型,实现了GF-1 卫星PMS 相机的在轨辐射定标;最后,讨论GF-1 卫星PMS 相机多场地定标的不确定度和模型的稳定性。结果表明:GF-1 卫星PMS 相机自发射以来辐射响应特性与实验室定标结果相比发生了一定变化,最大变化量达到了7.72%;PMS 相机多场地辐射定标的综合不确定度为5.35%。所获取的PMS 相机定标系数满足遥感辐亮度产品生产的精度要求,且多场地定标可作为后续高分卫星的在轨定标的方法参考。     

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。     

GF-4可见光及近红外谱段的辐射定标

"高分四号"是我国高分辨率对地观测系统中唯一一颗地球同步轨道遥感卫星,应用于环境及林火监测等领域。GF-4数据有很高的空间分辨率,但是辐射特性存在偏差从而导致辐射精度并不是很高。为了提高GF-4卫星数据辐射和LandSat8数据为基准影像,以敦煌辐射校正场作为试验区对GF-4可见光及近红外谱段进行交叉辐射定标。结果表明,通过GF-4的DN值与MODIS和LandSat8的表观辐射亮度数据分析对比,的可见光及近红外波段的定标误差均在10%以内;而LandSat8的可见光及近红外波段的定标误差均在5%以内,比的定标精度接近官方定标系数,满足遥感定量需求。     

大气痕量气体差分吸收光谱仪地面数据评价软件设计

大气痕量气体差分吸收光谱仪通过探测地球大气或地表反射、散射的紫外/可见光,利用差分吸收光谱技术来反演大气中痕量气体的分布和变化。在地面对大气痕量气体差分吸收光谱仪完成实验室定标以验证其性能和可靠性,为大气痕量气体差分吸收光谱仪的数据处理提供支持。为快速处理光谱仪定标数据,研制了相关的光谱辐射定标软件。定标软件基于C++语言,在Windows平台上开发,实现数据定标和多维度展示定标数据。 其中光谱定标采用多项式拟合算法,光谱分辨率采用Gauss拟合算法。辐射定标包括绝对辐射定标和相对辐射定标,绝对辐射定标求取辐射定标非稳定性和非线性, 相对辐射定标求取相对辐射校正系数和不确定度。结果表明软件运行良好,能够完成大气痕量气体差分吸收光谱仪地面光谱定标、辐射定标数据的处理。     

场地自动化定标技术进展

场地自动化替代定标是光学遥感卫星定标发展的新方向。自动化定标通过在场地布设无人值守的全自动观测仪器获取地面和大气光学参数,实施对卫星遥感器的高频次定标,从而提升定标精度。论文分析了自动化定标的方法和技术发展现状,针对自动定标的应用需求,提出了自动化定标设备的设计方案和关键技术,讨论了自动化定标的未来发展前景。     

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.     

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。     

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。     

绝对辐射定标与相对辐射定标的关系研究

通过对辐射定标过程的全面分析,指出了绝对辐射定标和相对辐射定标之间的不确定性传递关系。其中,相 对辐射定标方法选取多点辐射定标,绝对定标方法选取“标准灯--漫反板--积分球”的 定标流程。以这组相对、绝对辐射定标链路为模型,给出了该辐射定标链路的综合不确定性的表达式,并分析了该表达式中由 相对辐射定标所带来的不确定性分量的来源和意义。最后计算出了在目前器件水平下可达到的辐射定标不确定性数值,从而为实 验室辐射定标精度要求提供了理论依据。     

基于非均匀同区域线性CCD成像的卫星姿态调整与非线性定标方法

提出了对非均匀场景同一区域成像的卫星姿态调整及基于直方图匹配的线阵CCD非线性相对辐射定标方法.当在轨卫星需要执行相对辐射定标任务时,首先计算初始偏流角并调整卫星偏航角进入在轨定标成像模式;然后在定标成像过程中控制卫星偏航角,使得线阵CCD阵列的所有像元能够依次对同一区域成像;最后基于直方图匹配方法建立高精度非线性相对辐射定标模型.仿真实验给出了不同姿态对应的定标成像情况下的偏航角调整大小与调整周期,并分析了引起偏流角误差的因素及其对偏流角的不确定性.该方法既不需要地面均匀定标场等,也不需要统计分析大量在轨图像数据;且每一轨都可以执行定标任务,避免了卫星不同轨数据之间的不稳定性所带来的定标源自身不可靠问题.     

FY—2B气象卫星红外通道发射前实验室定标与在轨辐射定标比较

FY－2B是自旋稳定卫星，红外通道无法进行在轨星上绝对定标，FY－2B发射前的地面实验室定标方案参照了FY－2A在轨环境温度的变化情况，定标结果十分理想，在轨电子学定标数据修正红外通道的量化关系，得到的在轨定标结果与利用青海湖进行的同步场地辐射定标结果非常接近。     

全天空背景亮度测量仪的研制

天空亮度分布是指大气层内散射光亮度的空间分布,对空间目标识别以及大气辐射传输等理论研究有重要的应用价值。研制了一台全天空背景亮度测量仪,将32个光电探测器均匀分布在球形支架表面,可实现对天空各个方位背景辐射亮度的瞬时测量。先介绍了仪器的工作原理、结构组成和研制方案。再利用绝对定标方法对仪器进行辐亮度定标。通过进行实地测量并将实测数据与MODTRAN5理论计算结果对比分析。结果表明:仪器工作性能稳定,在所测光功率范围内线性度良好,得到各个方位的天空亮度值与真实天空亮度分布的变化相符。该仪器具有较高实时性,测量数据可靠,可以满足科研与实际应用需求。