鉴于中分辨率光谱成像仪不能实现反射太阳波段的星上绝对辐射定标, 提出了基于地表方向模型、 矢量辐射传输模型6SV并联合MODTRAN吸收透过率校正的敦煌场替代定标新方法, 4年的同步定标结果表明, 除了水汽吸收中心波段之外, 定标不确定度小于5%, 而多数波段优于3%。 以Aqua MODIS为辐射基准的大气顶辐射计算试验表明, 正演与卫星观测间的平均偏差在波长<1 μm的窗区波段小于3%, 波长>1 μm的小于5%(除了2.1 μm波段); 此外, 经场地定标的MERSI 表观反射率与MODIS具有很好的一致性。 基于多年的场地定标结果发现: 可采用二次多项式拟合定标系数的时间变化, 进而实现逐天的定标更新; 波长<0.6 μm的波段衰变较大, 波段8(0.41 μm)入轨第一年的衰变率约为14%; 在轨初期衰变最大, 一年后趋缓, 两年后部分波长>0.6 μm的波段出现响应增加现象。

中国遥感卫星辐射校正场陆表发射率光谱是利用陆表场地进行遥感器红外通道绝对辐射定标的关键因子之一。 基于光谱平滑的温度与发射率分离反演迭代算法, 利用高精度的BOMEM MR154傅里叶变换红外光谱仪和红外标准板, 对敦煌戈壁陆表发射率光谱进行测量。 获得了不同时间和地点测量的陆表发射率光谱数据, 并与利用CE312通道式红外辐射计在相同区域的测量结果进行比较分析。 结果表明各个通道发射率的差别均在0.012以内, 具有较好的一致性。 利用该发射率光谱测量结果, 可以在敦煌戈壁——中国遥感卫星辐射校正陆面场, 对目前国内外主流的遥感卫星热红外通道进行在轨场地绝对辐射定标。

神舟3号飞船(SZ-3)搭载的中分辨率成像光谱仪(CMODIS)是我国下一代对地环境卫星遥感器的试验仪器, 能获取地气系统30个可见光-近红外通道观测数据, 这些高光谱数据应用, 特别是定量遥感产品反演受到辐射定标的严重制约。 文章在传统的在轨遥感器场地辐射校正基础上, 提出了星地准同步观测场地辐射校正新方法, 在缺少足够地面同步观测数据情况下, 实现了CMODIS场地辐射校正, 并达到了预期辐射校正精度要求。 同时基于敦煌场地反射率光谱光滑的特点, 利用EOS/MODIS大气订正后的通道反射比进行光谱内插, 开展一种新的交叉定标方法试验。 文章针对SZ-3/CMODIS数据, 用此两种方法独立进行场地替代定标, 试验结果能够相互验证, 表明这两种定标方法切实可行, 定标精度可靠, 为我国下一代环境气象卫星传感器在轨辐射定标提供了新的定标方法和技术。

为了对风云二号C星(FY-2C)与D星(FY-2D)扫描辐射计(VISSR)的可见光通道进行定标, 国家卫星气象中心联合多家单位在中国遥感卫星辐射校正场敦煌场开展了时间跨度达3个月的场地替代定标同步试验, 获取了多组试验数据。通过使用刘京晶建立的敦煌地表反射比双向反射分布函数(BRDF)模型对实测的敦煌地表反射比数据进行方向性修正; 使用6S模型计算表观反射比并进行天顶角余弦和日地距离修正; 从4 d试验数据中计算得到了相对标准偏差小于5.6%(FY-2C)和2.4%(FY-2D)的4组定标系数。在不同野外环境、不同太阳几何位置参数下获得了相对一致的定标系数, 说明定标算法的准确性和稳定性。

为了实现室外BRDF的准确测量,设计了多角度测量系统。测量系统包括一台自动测量架和两台ASD(Analytical Spectral Devices)公司生产的野外型光谱仪,光谱仪的光谱分辨率为3nm,一台光谱仪固定在测量架平台上测量目标各方向反射,另一台光谱仪放置在地面上同时测量漫反射板反射。应用该系统进行了室外草地的测量实验,测量整个周期(66个方向点)用时10min,测量主平面(间隔5°,共31个方向点)用时2.5min。测量结果显示目标的反射为非朗伯性,并在主平面的反射方向性最强烈。

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.

室外测量地面目标的方向反射特性要求测量时间短、定位准确、测量点足够多、测量范围内无阴影.根据实际测量特点,研制了室外方向反射多角度测量系统,主要包括测量架机构、驱动系统、控制系统.测量架由方位圆轨道与天顶弧半圆轨道组成,半径2 m,天顶弧在伺服电机驱动下沿方位圆轨道0～360°范围内运动,探测器小车平台在电机驱动下沿天顶弧-75°～75°范围内运动.PLC(可编程控制器)、触摸屏组成控制系统,通过触摸屏输入参数实现全自动运动控制.方位角间隔30°,天顶角间隔15°,完成半球空间自动测量(共66个位置点,每位置点停3 s),耗时10 min.