为提升光学卫星遥感器的定标频次,提出一种基于场地高光谱BRDF(Bidirectional Reflectance Distribution Function)模型的高频次绝对辐射定标方法,实现了Suomi-NPP (Suomi-National Polar-Orbiting Partnership Spacecraft) VIIRS (Visible Infrared Imaging Radiometer Suite)的长时序高频次绝对辐射定标。介绍了基于场地高光谱BRDF模型的绝对辐射定标原理,于2018年4月和8月利用场地高光谱BRDF手动测量系统分别对敦煌场的方向特性进行测量试验,并基于半经验核驱动反演敦煌场的地表高光谱BRDF模型参数。基于BRDF模型计算2018年全年VIIRS M1~M11波段的表观反射率,并与卫星观测表观反射率进行比对。结果表明:Suomi-NPP VIIRS遥感器 2018年全年的有效定标频次为51次,其中M1~M7波段模型计算的表观反射率与卫星观测的相对偏差均小于3.23%。基于场地BRDF模型的高频次绝对辐射定标方法可有效地提高卫星载荷的定标频次,及时跟踪载荷的辐射特性变化。

提出了一种基于场地地表高光谱双向反射分布函数模型的绝对辐射定标方法, 摆脱了对卫星过境时刻同步观测的依赖, 提高了遥感器在轨绝对辐射定标的效率与频次.利用无人机测量系统对敦煌辐射校正场进行了地表方向特性测量, 基于半经验核驱动模型反演了敦煌场地的高光谱双向反射分布函数模型参数.用地表双向反射分布函数模型直接计算的卫星观测方向的地表高光谱反射率数据替代卫星过境时刻场地的地表同步测量数据, 结合中分辨率成像光谱仪大气产品数据, 实现了对Landsat-8卫星的陆地成像仪(OLI)在可见光至近红外波段的高频次绝对辐射定标.Landsat-8/OLI第1~6波段的卫星观测表观辐亮度值与模型计算表观辐亮度值的相对偏差均小于5%, 标准差小于2%.基于无人机场地双向反射分布函数模型的绝对辐射定标方法的定标结果与卫星观测结果具有较高的一致性和稳定性.

利用布设在敦煌辐射校正场的自动化观测设备,对Hyperion高光谱遥感器开展定标试验;详细描述自动化定标的原理和方法,明确定标流程;针对高光谱遥感器的特点建立参考反射率数据库,以解决通道反射率与参考反射率光谱形状不匹配的问题;在2016年10月至2017年4月期间,对Hyperion高光谱遥感器共完成4次有效的自动化定标试验,并将试验结果与Hyperion高光谱遥感器观测的表观辐亮度进行比对验证。结果表明:在420~1044 nm光谱范围内,场地自动化定标得到的表观辐亮度与卫星观测的表观辐亮度的相对偏差小于5%,标准方差小于2.3%;场地自动化定标结果与高光谱星上观测结果具有较高的一致性和稳定性。所提方法可以应用于高光谱遥感器的高频次在轨辐射定标。

针对遥感卫星高频次、高时效和高精度定标的技术需求, 利用布设在敦煌辐射校正场自动化定标系统, 对SNPP VIIRS遥感器的可见光到短波红外波段开展了高频次自动化绝对辐射定标试验, 详细描述了自动化定标的原理和方法, 明确了定标流程.针对长时间跨度中, 地表光谱反射率光谱形状的变化, 建立了参考反射率数据库, 以解决通道反射率与参考反射率光谱形状不匹配问题.在2018年5月～11月, 对SNPP VIIRS共完成了13次有效的自动化定标, 并与SNPP VIIRS星上观测的表观反射率进行了比对验证.结果表明, 场地自动化定标得到的表观反射率与卫星观测的表观反射率相对偏差小于5%, 均方根小于3.2%, 表明场地自动化定标结果与星上定标结果具有较高的一致性和稳定性, 可以用于高频次在轨辐射定标.

为了提升国产光学遥感卫星载荷的定标频次, 提出了一种基于国内多场地的高频次定标方法, 实现了高分一号(GF-1)宽视场成像仪(WFV)的高频次绝对辐射定标.介绍了基于多场地的高频次定标原理, 针对GF-1 WFV的工作参数和工作特点, 提出了国内定标场的优选原则, 并分析了定标场地表特性的时间稳定性.利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)的地表和大气产品替代场地定标的现场观测数据, 增加了定标可用的数据量, 同时用实测数据对MODIS地表产品进行真实性检验.实现了GF-1 WFV的多场地高频次定标, 并将定标系数结果与官方定标结果进行比对验证.结果表明：基于国内多场地的高频次定标方法可以获得GF-1 WFV的时间序列定标系数, GF-1 WFV相机4的定标结果与官方定标结果具有较好的一致性, 各波段与官方定标结果的相对偏差分别为-0.49%、1.33%、-1.01%和3.86%.基于多场地的高频次定标方法可有效地提高国产卫星载荷的定标频次, 及时跟踪载荷的辐射特性变化.