GF-5全谱段光谱成像仪星上定标组件在轨性能评价

黄文薪; 张黎明; 司孝龙; 许和鱼; 陈洪耀; 李鑫; 赵艳华

doi:doi:10.3788/AOS202040.2029001

光学学报, 2020, 40 (20): 2029001, 网络出版: 2020-09-30

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On-Orbit Performance Evaluation of On-Board Calibration Component of GF-5 Visible and Infrared Multispectral Imager

论文大纲

黄文薪 ^1,*张黎明 ¹司孝龙 ¹许和鱼 ¹陈洪耀 ¹李鑫 ¹赵艳华 ²

作者单位

¹ 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽合肥 230031

² 北京空间机电研究所, 北京 100094

双向反射分布函数太阳漫反射板辐射定标硅探测器 bidirectional reflectance distribution function solar diffuser radiometric calibration silicon detector

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摘要

介绍了高分五号全谱段光谱成像仪(VIMI)可见近红外波段星上定标组件的组成和工作方式,分析了VIMI发射后星上12次太阳漫反射板(SD)双向反射分布函数(BRDF)的量值衰减情况。对比SD反射率衰减监测仪(SDRDM)长期观测的太阳数据表明,不同监测波段探测器的衰减程度不同,其中900 nm监测波段的硅探测器衰减最大,约为4.3%。当入射角与观测方位夹角接近时,SD BRDF的衰减因子(H因子)变化很小。根据H因子的物理模型得到SDRDM实际监测的测量不确定度小于0.86%,满足小于1.5%的指标要求,且VIMI星上定标组件全寿命期输出光谱的辐亮度不确定度小于3.4%。

Abstract

In this paper, the composition and working mode of the on-board calibration component on the visible and near infrared band of GF-5 visible and infrared multispectral imager (VIMI) is introduced. The attenuation of on-board 12-time solar diffuser (SD) bidirectional reflection distribution function (BRDF) on the satellite after VIMI launch is analyzed. Comparing the long-term solar data observed by SD reflectance degradation monitor (SDRDM) shows that the attenuation degree of different monitoring band detectors is different. Among them, the 900 nm monitoring band silicon detector has the largest attenuation, about 4.3%. When the incident angle is close to the observation azimuth, the attenuation factor (H factor) of SD BRDF changes little. According to the physical model of the H factor, the measurement uncertainty of actual monitoring by SDRDM is less than 0.86%, which meets the index requirement of less than 1.5%, and the radiance uncertainty of the output spectrum of the calibration component on the VIMI satellite is less than 3.4% during the lifetime.

1 引言

光学遥感器发射前会在实验室建立各种参数组合下辐射输入与探测器输出的关系。发射后,光学遥感器只能将太阳辐射源的单一能级输入作为参考进行单点绝对辐射定标,包括基于典型目标反射率的在轨同步检测以及基于朗伯散射介质的星上定标技术。基于太阳漫反射板(SD)的星上定标主要通过SD将太阳辐照度转换为辐亮度,在遥感器观测方向输出稳定的光谱辐射,结合遥感器发射前同能量水平下的辐射响应规律得到星上的绝对辐射定标系数。因此,SD在遥感器观测方向的出射辐亮度不确定度是光学遥感器星上定标不确定度的主要来源。用SD作为星上定标空间辐射标准建立的媒介,如Aqua卫星搭载的中分辨率成像光谱仪(MODIS)和国家极轨环境卫星系统预备计划(NPP)卫星平台的可见近红外成像辐射计(VIIRS),已取得了较好的定量化应用效果。基于SD的高精度星上绝对辐射定标方法是实现光学遥感器星上高精度、高效率、高频次定标的主要手段之一。SD双向反射分布函数(SD BRDF)在空间环境中随时间会发生衰减,从而影响定标时刻出射光谱辐亮度的精度,因此,需要长期对星上SD BRDF的量值衰减进行监测修正。保证SD在遥感器观测方向星上全寿命期内的出射辐亮度精度和稳定性是确保遥感器具有长期星上高定标精度的必要条件。目前主流的两种星上监测SD BRDF量值衰减方式为美国的MODIS和欧洲航天局的中分辨率成像光谱仪(MERIS)。MODIS以太阳为参照,基于比值辐射测量地表反射率; MERIS以曝光时间短、防护较好的同源SD为反射率不变的参照,比对测量定标常用板和参考监测板获取SD反射率的长期变化规律^[1-4]。

2016年12月,风云四号气象卫星成功发射,其搭载的多通道扫描成像辐射计星上定标采用了SD与SD反射率衰减监测仪(SDRDM)配合的星上定标方式。2018年5月9日,首颗大气和陆地综合观测的全谱段高光谱卫星——高分五号卫星成功发射,其搭载的全谱段光谱成像仪(VIMI)配置了SD和SDRDM星上定标组件,是我国首台可进行全口径、全光路星上定标的多光谱成像仪。该定标组件中的SD主要为VIMI前6个波段(0.40~2.35 μm)在定标时段提供的已知光谱辐亮度输入,同时采用4波段监测的SDRDM对SD进行长期的BRDF衰减监测及修正^[5]。VIMI进行星上定标时,SD由运动机构驱动至其对地成像口的最前端替代地球,被太阳照射后在VIMI观测方向输出已知的光谱辐亮度,SDRDM同时开始对SD进行监测测量。

VIMI星上定标组件的SD和SDRDM由中国科学院安徽光学精密机械研究所根据VIMI的结构特点和可用空间定制设计^[5-13]。本文主要分析了VIMI的SD在发射后至2020年3月17日的在轨性能,为后续基于SD定标技术的应用及发展提供改进的参考依据。以太阳为参照,通过SDRDM长期观测太阳的响应信号消除日地距离等几何因素的影响后,对SDRDM自身的状态进行了评价分析。结果表明,SDRDM 4波段监测系统响应的衰减情况不同,其中,波长为900 nm的监测波段衰减最大,约为4.3%。对SD BRDF量值的衰减监测,主要以SDRDM长期测量的太阳信号为参照,与同时测量的SD反射信号进行对比,得到SD BRDF的衰减系数。计算结果表明,SD从发射至2020年3月17日星上监测的4个波段SD BRDF量值都未发生衰减。最后,结合地面实验室对SDRDM的性能及星上实际观测数据进行分析,得到SDRDM实际监测的测量不确定度小于0.86%,满足监测测量不确定度小于1.5%的总体设计指标要求,在此基础上得到VIMI星上全寿命期的出射光谱辐亮度不确定度小于3.4%。

2 SD BRDF衰减监测原理及测量方程

2.1 基于SD和SDRDM的星上定标测量流程

基于SD的星上辐射定标都是通过SD将大气外太阳光谱辐照度转换为已知的光谱辐亮度作为遥感器星上的辐射输入,结合遥感器观测计数值完成定标。SDRDM作为确保SD BRDF量值精度的相对监测测量仪器,与遥感器定标测量同时工作。VIMI在整个星上的定标过程约10 min,定标有效测量都在每轨卫星见光但星下点还未见光的时间段内完成。首先,VIMI在预定时间开机后将SD以固定姿态展开至其对地成像口替代地球。然后,在SDRDM上电4 min后,VIMI与SDRDM同时开始测量工作,其中,SDRDM交替测量SD、太阳以及自身暗电流信号,在该测量过程持续的6 min内,SD从黑暗至被照亮约70 s左右,VIMI可获取暗目标观测和已知辐射标准观测的计数值。定标测量结束后,SD被收回指定位置,SDRDM断电。最后,由VIMI打包定标数据下传至地面站,一次星上定标过程结束,定标中的数据获取过程如图1所示。

图1中,C(B_i $)_{SD, t_{m}}$ 和C(B_i $)_{sun, t_{m}}$ 分别为t_m时刻SDRDM测量SD和太阳扣除暗背景信号后的计数值,D(t_m)、D(t)分别为t_m时刻的日地距离和平均日地距离,D(t_m)/D(t)为t_m时刻的日地距离修正因子,t_m为第m次星上定标的时刻,B_i为第i个监测波段,C(B_i $)_{V, t_{m}}$ 为VIMI中B_i波段t_m时刻观测SD的响应值,E_s(λ_i)为大气外太阳光谱辐照度,L_s为t_m时刻漫反射板的出射辐亮度。获取星上定标测量数据后,结合地面实验室测试的部分基础数据可对SD BRDF的衰减情况进行监测和定标计算。

图 1. VIMI的星上定标流程

Fig. 1. On-board calibration process on VIMI

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2.2 星上SD BRDF的监测原理

SDRDM有两个入光口,可分别收集来自太阳和SD反射的光,4个监测波段及中心波长分别为B₁(485 nm)、B₃(660 nm)、B_r(900 nm)和B₅(1625 nm)。SDRDM工作时,通过控制光路开关切换测量太阳照度、SD反射辐亮度和暗电流信号。以测量的太阳信号为参照,与同时测量的SD漫反射信号进行对比,以消除探测器响应度并扣除光照角度、余弦等几何因素的影响后,可获得星上SD BRDF的衰减系数H(B_i,t_m)(H因子),其测量工作示意图如图2所示。星上t_m时刻的H(B_i,t_m)由发射前的衰减系数和星上对比测量得到的星上SD BRDF衰减系数确定,可表示为

H (B_{i}, t_{m}) = α (B_{i}, t_{0}) \times H_{on ⁃ orbit} (B_{i}, t_{m}), (1)

式中,t₀为首次星上定标时刻,α(B_i,t₀)为SD出厂至发射时BRDF的量值衰减修正系数,表征SD出厂至发射时的反射率变化情况,H_on_-_orbit(B_i,t_m)为SD发射后第m次定标在t_m时刻的BRDF衰减修正系数^[6]。实验只讨论由SDRDM星上测量数据确定的SD BRDF星上衰减系数H_on_-_orbit(B_i,t_m)。

图 2. SDRDM的工作原理图

Fig. 2. Working schematic diagram of SDRDM

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2.3 SDRDM监测测量的物理模型

根据SDRDM光机结构可建立从两观测口进入SDRDM积分球内的辐射通量与其响应值的关系。用去除日地距离变化和几何因子影响后太阳观测口长期测量的太阳信号表征SDRDM系统的响应变化情况,可表示为

\begin{array}{l} \frac{\overset{λ_{i 2}}{\int_{λ_{i 1}}} k (λ_{i}) A_{sun} E_{s} (λ_{i}) d λ_{i}}{\int k (λ_{i}) d λ_{i}} = \\ C (B_{i})_{sun, t_{m}} \cdot {[\frac{D (t_{m})}{D (t)}]}^{2} / [τ_{i} (θ_{s, t}, φ_{s, t})], (2) \end{array}

式中,λ_i₁和λ_i₂分别为第i波段滤光片通光光谱范围的下限和上限波长,k(λ_i)为SDRDM系统的光谱响应率,A_sun为SDRDM太阳观测口的通光孔径面积,τ_i(θ_s,t,φ_s,t)为SDRDM坐标系下入射天顶角θ_s,t和方位角φ_s,t的通光率函数^[5-6]。SDRDM测量得到的SD反射信号入射光通量与输出响应值的关系可表示为

A_{SD} \cdot πsi n^{2} θ \frac{\overset{λ_{i 2}}{\int_{λ_{i 1}}} k (λ_{i}) E_{s} (λ_{i}) d λ_{i}}{\int k (λ_{i}) d λ_{i}} \cdot H_{on ⁃ orbit} (B_{i}, t_{m}) f_{lab} (θ_{SD, t_{m}}, ϕ_{SD, t_{m}}; θ_{r}, ϕ_{r}; λ_{i}) = \frac{C (B_{i})_{SD, t_{m}}}{\cos θ_{SD, t_{m}}} \cdot \frac{D (t_{m})^{2}}{D {(t)}^{2}}, (3)

式中,A_SD为SDRDM SD观测口的通光孔径面积,θ为SDRDM观测SD的半视场角,f_lab( $θ_{SD, t_{m}}$ , $ϕ_{SD, t_{m}}$ ;θ_r,ϕ_r;λ_i)为波长λ_i处以入射天顶角 $θ_{SD, t_{m}}$ 和方位角 $ϕ_{SD, t_{m}}$ 照明SD,反射天顶角和方位角分别为θ_r、ϕ_r时的BRDF。

SDRDM系统自身的变化如积分球涂层反射率的衰减、探测器响应度的衰减,最终都会体现为SDRDM的系统响应变化。从SDRDM两个入光口进入积分球内的均匀光和被探测器接收的过程相同,且两入光口的辐射通量相同。因此,每次成对测量来自两观测口信号的比值可消除SDRDM系统响应变化的影响,使最终得到的比值变化只体现SD BRDF量值变化引起的辐射通量变化。根据(2)式和(3)式,以首次星上定标测量时SD BRDF的H因子为参考,得到

\begin{array}{l} \frac{H_{on ⁃ orbit} (B_{i}, t_{m})}{H_{on ⁃ orbit} (B_{i}, t_{0})} = \frac{f_{lab} (θ_{SD, t_{0}}, φ_{SD, t_{0}}; θ_{r}, ϕ_{r}; λ_{i})}{f_{lab} (θ_{SD, t_{m}}, φ_{SD, t_{m}}; θ_{r}, ϕ_{r}; λ_{i})} \cdot \\ \frac{C (B_{i})_{sun, t_{0}}}{C (B_{i})_{SD, t_{0}}} \cdot \frac{C (B_{i})_{SD, t_{m}}}{C (B_{i})_{sun, t_{m}}} \cdot \frac{\cos θ_{SD, t_{0}}}{\cos θ_{SD, t_{m}}} \cdot \frac{τ_{i} (θ_{s, t}, φ_{s, t})}{τ_{i} (θ_{s, 0}, φ_{s, 0})} 。 (4) \end{array}

随着SDRDM星上监测测量次数的增加,SD BRDF的衰减系数可累积形成时间序列,从而得到SD BRDF 4个监测波段衰减量随时间的变化趋势。

3 SDRDM星上测量数据的分析

VIMI首次获得星上定标的有效数据是在2018年8月28日,至2020年3月17日共有12次有效星上定标测量数据。SDRDM完成一组数据采集的过程:暗电流测量-太阳光测量-SD测量-暗电流测量,总共耗时2.8 s。其中,测量太阳与SD的时间间隔约为120 ms,在此期间内光照角度变化带来的影响可以忽略不计,近似认为两者是同时测量。按照(2)式可计算得到SDRDM在4监测波段太阳等效辐照度下的响应值,以第一次的测量值为参考进行归一化,得到不同波段探测器的响应变化趋势,如图3所示,其中,横坐标为定标日期及SDRDM太阳观测口的入射方位角。可以发现,SDRDM的系统响应存在衰减,其中,B_r波段的相对衰减更大,约为4.3%。还可以发现,SDRDM可见近红外监测波段的系统响应衰减随波长的增加而增大,与Aqua MODIS SD稳定性监测辐射计星上性能变化的结论一致^[1]。

图 3. SDRDM太阳观测口信号随方位角的变化曲线

Fig. 3. Change curve of SDRDM solar observation port signal with azimuth

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表 1. 相近方位夹角下的H因子

Table 1. H factor under the angle of similar azimuth

Date\|Azimuth /(°)	B₁	B₃	B_r	B₅
2018/8/28\|157.739	1	1	1	1
2019/4/16\|158.967	0.9961	0.9899	0.9917	0.9905
2019/5/16\|161.206	1.0076	0.9926	0.9932	0.9926
2019/8/28\|159.846	1.0073	0.9984	1.0020	1.0025
2020/3/17\|159.415	1.0046	1.0016	1.0050	1.0076
Average	0.0049	0.0050	0.0058	0.0071

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考虑到轨道漂移后1年内可进行星上定标的太阳光入射方位与VIMI和SDRDM观测方位的夹角范围分别为145°~168°和73.1°~96.1°,入射天顶角为69°~74°。理想情况下,根据(4)式可得到SD BRDF量值衰减H因子的时间序列,结果如图4所示。根据SDRDM太阳观测信号可判断H因子随时间的起伏变化与SDRDM自身工作性能无关,主要由SD反射辐亮度相对偏高引起。结合多次测量的太阳入射与VISM观测角度分析发现,图4中各监测波段的H因子与太阳入射及VISM观测SD的方位夹角、波长有关,总体来看,H因子越大,太阳入射与观测方位的夹角越小。现有测量数据中太阳入射与观测方位的夹角为158.967°时,H因子相对最小。还可以发现,太阳入射与观测方位的夹角大于157.739°时,H因子都非常接近。同时,各波段受方位夹角变化的影响程度并不完全相同,即图4中H因子的变化规律非单一因素导致。

图 4. H因子随时间及方位夹角的变化曲线

Fig. 4. H factor change curve with time and azimuth

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为降低SD入射角、杂散光等因素引入的误差对H因子计算结果的影响,选择比首次测量太阳入射与观测方位夹角更大的5次H因子计算结果进行对比,如表1所示。表中的5次测量时间均在VIMI发射后至2020年3月17日内,各监测波段测量得到的H因子相对标准偏差最小为0.50%,最大为0.71%,且首次与最后一次测量的差异中,除B₅波段外都小于0.5%,这表明SD BRDF未发生衰减。

到2020年3月17日为止,VIMI SD星上累计曝光时间不足2 min,表1中星上监测的测量结果也表明SD BRDF在900 nm中心波长波段未发生衰减。选择稳定的B_r监测波段作为SD BRDF无衰减的参比波段,通过(5)式得到相对B_r波段其他波段的H因子,与(4)式相比,消除了太阳入射SD余弦误差的影响,在发射初期或测量数据较少的情况下可进一步提高测量精度。对B₃和B₅监测波段按(5)式以B_r为参照,得到H因子从发射至2020年3月17日的波动分别为0.27%和0.23%,变化曲线如图5所示。由图4中B₁与其他3个波段的H因子曲线图可以发现,SD出射辐亮度在B₁波段受到的影响更小,因此(5)式的方法不适用于对B₁波段进行分析。

\frac{H_{on ⁃ orbit} (B_{i}, t_{m})}{H_{on ⁃ orbit} (B_{r}, t_{m})} = \frac{f_{lab} (θ_{SD, t_{m}}, φ_{SD, t_{m}}; θ_{r}, ϕ_{r}; λ_{r})}{f_{lab} (θ_{SD, t_{m}}, φ_{SD, t_{m}}; θ_{r}, ϕ_{r}; λ_{i})} \cdot \frac{C (B_{r})_{sun, t_{m}}}{C (B_{r})_{SD, t_{m}}} \cdot \frac{C (B_{i})_{SD, t_{m}}}{C (B_{i})_{sun, t_{m}}} \frac{τ_{i} (θ_{s, t_{m}}, φ_{s, t_{m}})}{τ_{r} (θ_{s, t_{m}}, φ_{s, t_{m}})} 。 (5)

图 5. B₃、B₅波段修正后的H因子曲线

Fig. 5. H factor curve after correction for B₃ and B₅ bands

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4 SDRDM监测测量不确定度分析

由(3)式可知,各监测波段H_on-orbit(B_i,t)的不确定度主要与实验室SDRDM观测方向BRDF的相对测量不确定度、SDRDM的测量稳定性、SD运动机构重复定位的精度以及SDRDM光通过率角度函数的测量不确定度等参数相关。其中,太阳光照SD天顶角余弦误差主要来源于各次测量相对首次测量的余弦误差,由SD每次定标时展开的重复定位精度决定。根据地面对运动至定标工作状态得到SD法向标识镜的重复测试角度误差为0.1°。

以定标时段每次必定出现的中间照明天顶角72°为误差分析参考,得到光照角度的余弦误差为

\frac{\cos θ_{SD, t_{m}} - \cos (θ_{SD, t_{m}} + 0.1)}{\cos (θ_{SD, t_{m}} + 0.1)} \times 100 = 0.54 % 。 (6)

表 3. SD星上出射光谱辐亮度不确定度

Table 3. Uncertainty of the SD on-board emitted spectrum radiance

Source	Uncertainty /%
SD BRDF measurement (μ₁)	1
SD cosine error of incidence (μ₂)	0.54
SD radiance non-uniformity (μ₃)	0.90
Earth-sun distance correction factor (μ₄)	0.20
SD stability monitor (μ₅)	0.86
Measurement of SD H factor before launch (μ₆)	0.50
Solar spectral irradiance (μ₇)	1
Stray light (μ₈)	2.72
Total uncertainty (U)	3.40

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表 2. SDRDM监测测量的不确定度

Table 2. Uncertainty of SDRDM monitoring measurement

Source	Uncertainty /%
Relative SD BRDF measurement (μ₁)	0.50
Relative SD cosine error of incidence (μ₂)	0.54
Relationship between transmittance distribution and incident angle (μ₃)	0.35
Stability of SDRDM (μ₄)	0.10
Stray light (μ₅)	0.27
Total uncertainty (U)	0.86

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SDRDM太阳观测口光通过率角度函数的测量不确定度小于0.35%^[5-6],f_lab( $θ_{SD, t_{m}}$ , $ϕ_{SD, t_{m}}$ ;θ_r,ϕ_r;λ_i)的相对测量不确定度小于0.5%^[11-12],SDRDM的测量稳定性主要由地面实验室在接近星上SD出射能量输入水平下测量的信噪比估计,得到相对最差的监测波段稳定性小于0.1%。基于B_r波段修正B₃与B₅ SD信号后得到的H因子相对偏差是由杂散光引入的不确定度,最大为0.27%。

监测测量的合成不确定度可表示为

U = \sqrt[]{μ_{1}^{2} + μ_{2}^{2} + \dots + μ_{n}^{2} + 2 \overset{n}{\sum_{i = 1}} \overset{n}{\sum_{j = 1}} ρ_{ij} μ_{i} μ_{j}}, (7)

式中,μ_n为SDRDM监测测量模型中各参数的不确定度,各参数间的相关系数ρ_ij假定为0。计算得到SDRDM的4监测波段的监测测量不确定度最大为0.86%,具体各项不确定度如表2所示。

在SDRDM实际星上监测测量不确定度的基础上,对VIMI星上定标时段SD的出射辐亮度标准量值不确定度进行更新。根据SD星上光谱辐亮度物理模型,VIMI采用的SD+SDRDM星上定标方式主要受大气外太阳光谱辐照度不确定度、日地距离因子确定度、太阳入射SD余弦误差和杂散光等因素影响。按照(7)式得到VIMI SD星上长期出射光谱辐亮度的合成不确定度,如表3所示^[13]。其中,杂散光的影响为遥感器研制时分析得出,日地距离因子的影响通过考虑轨道漂移情况下对半年内的日地距离计算分析得到;大气外太阳光谱辐照度(如E490等)不确定度根据相关国际观测组织公布的数据得到^[2],其他项均根据实际测量评价得到。

5 结论

为保证VIMI星上全寿命期具有稳定的星上绝对辐射定标精度,对VIMI近两年的在轨SD光学性能和SDRDM工作稳定性及监测测量不确定度进行了分析。通过SDRDM对大气外太阳长期观测测量的时间序列变化分析了SDRDM系统响应的变化,结果表明,除B₅监测波段外,其余3个监测波段的衰减程度均随波长的增加而增大,B_r(900 nm)波段相对星上首次监测测量时衰减了约4.3%。按照SDRDM监测测量原理得到4监测波段各自的H因子时间序列,证明了SD BRDF发射后至2020年3月17日还未发生衰减。以B_r波段无衰减作为参考,修正后B₃和B₅监测波段的H因子变化波动分别为0.27%和0.23%。最后,根据H因子测量模型,按照B类不确定度合成方式得到实际的星上监测测量不确定度小于0.86%,满足设计指标小于1.5%的要求。在SDRDM实际监测测量不确定度的基础上,分析了VIMI星上全寿命期SD出射光谱的辐亮度,得到其辐亮度不确定度小于3.4%。

从SDRDM太阳观测数据来看,间隔时间较长的两次数据差异偏大,且监测测量间隔时间越短,测量频率越固定,测量数据的差异越小,越容易获取仪器的细微变化情况,从而进一步提高测量精度。光学遥感器要获得可靠的星上定标结果还需对辐射参考不确定度进行评价,而SDRDM经过绝对辐射定标后可作为标准辐亮度计使用,长期观测稳定的大气外太阳数据进行自校准,再作为相对测量仪器对SD进行监测测量可获得较高的监测精度,确保辐射参考星上全寿命期的稳定性。

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Huang W X, Zhang L M, Si X L, et al. Influence of non-uniformity of light attenuated by solar attenuation screen on on-board calibration[J]. Acta Optica Sinica, 2020, 40(4): 0429002.

1 引言

2 SD BRDF衰减监测原理及测量方程

2.1 基于SD和SDRDM的星上定标测量流程

黄文薪, 张黎明, 司孝龙, 许和鱼, 陈洪耀, 李鑫, 赵艳华. GF-5全谱段光谱成像仪星上定标组件在轨性能评价[J]. 光学学报, 2020, 40(20): 2029001. Wenxin Huang, Liming Zhang, Xiaolong Si, Heyu Xu, Hongyao Chen, Xin Li, Yanhua Zhao. On-Orbit Performance Evaluation of On-Board Calibration Component of GF-5 Visible and Infrared Multispectral Imager[J]. Acta Optica Sinica, 2020, 40(20): 2029001.

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1 引言

2 SD BRDF衰减监测原理及测量方程

2.1 基于SD和SDRDM的星上定标测量流程

图 1. VIMI的星上定标流程

Fig. 1. On-board calibration process on VIMI

2.2 星上SD BRDF的监测原理

图 2. SDRDM的工作原理图

Fig. 2. Working schematic diagram of SDRDM

2.3 SDRDM监测测量的物理模型

3 SDRDM星上测量数据的分析

图 3. SDRDM太阳观测口信号随方位角的变化曲线

Fig. 3. Change curve of SDRDM solar observation port signal with azimuth

表 1. 相近方位夹角下的H因子

Table 1. H factor under the angle of similar azimuth

图 4. H因子随时间及方位夹角的变化曲线

Fig. 4. H factor change curve with time and azimuth

图 5. B₃、B₅波段修正后的H因子曲线

Fig. 5. H factor curve after correction for B₃ and B₅ bands

4 SDRDM监测测量不确定度分析

表 3. SD星上出射光谱辐亮度不确定度

Table 3. Uncertainty of the SD on-board emitted spectrum radiance

表 2. SDRDM监测测量的不确定度

Table 2. Uncertainty of SDRDM monitoring measurement

5 结论

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1 引言

2 SD BRDF衰减监测原理及测量方程

2.1 基于SD和SDRDM的星上定标测量流程

图 1. VIMI的星上定标流程

Fig. 1. On-board calibration process on VIMI

2.2 星上SD BRDF的监测原理

图 2. SDRDM的工作原理图

Fig. 2. Working schematic diagram of SDRDM

2.3 SDRDM监测测量的物理模型

3 SDRDM星上测量数据的分析

图 3. SDRDM太阳观测口信号随方位角的变化曲线

Fig. 3. Change curve of SDRDM solar observation port signal with azimuth

表 1. 相近方位夹角下的H因子

Table 1. H factor under the angle of similar azimuth

图 4. H因子随时间及方位夹角的变化曲线

Fig. 4. H factor change curve with time and azimuth

图 5. B3、B5波段修正后的H因子曲线

Fig. 5. H factor curve after correction for B3 and B5 bands

4 SDRDM监测测量不确定度分析

表 3. SD星上出射光谱辐亮度不确定度

Table 3. Uncertainty of the SD on-board emitted spectrum radiance

表 2. SDRDM监测测量的不确定度

Table 2. Uncertainty of SDRDM monitoring measurement

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图 5. B₃、B₅波段修正后的H因子曲线

Fig. 5. H factor curve after correction for B₃ and B₅ bands