针对场地辐射定标方法难以覆盖遥感器动态范围的问题,提出基于多种反射率呈线性的宽动态目标的高分辨率光学卫星相机在轨辐射定标方法。以地面同步的实际测量代替气溶胶散射特性假设,采用线性回归法分离宽动态目标反射辐射与程辐射、地-气耦合辐射及暗电流等背景辐射,在简化辐射传输计算的同时降低对背景环境的要求,实现星载高分辨率遥感器全动态范围定标与响应线性检测。试验结果表明:光学卫星相机基于宽动态目标的在轨辐射定标方法的不确定度小于3.6%,与反射率基法定标结果之间的差异小于5.5%,反演的地物反射率及辐亮度与实测值之间的误差均小于6%,验证了在轨辐射定标方法的有效性,该方法可以满足复杂环境条件下高精度在轨定标的应用需求。

针对我国光学遥感卫星高频次和高精度定标的技术需求, 以及目前人工定标的不足, 研制了超光谱比值辐射仪系统.该仪器具备长期自动观测功能, 光谱范围为400~2 500 nm.光机系统主要由前置光学系统和光谱模块组成.根据场地定标中的参数需求与自动化定标的目标, 设计积分球测量总辐照度, 并通过遮挡的方式实现漫射辐照度的测量, 获得卫星定标中的漫总比数据; 设计光学镜头测量地面辐亮度, 从而实现大气-地表辐射特性的自动观测.同时仪器集成了定标数据实时预处理和远程传送等功能.为验证仪器的野外环境适应性和自动化测量数据的可靠性, 与传统人工测量地表反射率与漫总比的方式进行了外场对比实验.实验结果表明, 两种方式所测的总辐照度、漫射辐照度和直射辐照度的相对偏差均小于5%, 漫总比的绝对偏差均小于0.025%; 所测反射率整体趋势相同, 且二者的偏差普遍在±1%以内, 最大偏差小于±2.5%.超光谱比值辐射仪具有较高的自动化测量精度, 能够替代人工测量大气辐射特性参数和地表反射率, 实现较高的测量频次, 在遥感卫星自动化定标领域具有广阔的应用前景.

针对自研的太阳光谱辐照度计入射光学系统的结构特征,分析了引入余弦误差的因素,研究了直、漫射辐照度以及漫射-总辐射比的余弦校正方法,开展了实验室余弦响应特性测量和多种仪器的敦煌外场比对试验.结果显示,余弦误差与积分球入口黑色阳极化内壁及结构有关,在入射角为60°时,440 nm、500 nm、670 nm和870 nm波段太阳光谱辐照度计的余弦误差为4.3%~9.1%;由太阳光谱辐照度计获取的直射辐照度反演得到的大气光学厚度受到余弦误差的严重影响,余弦校正前后与CE318太阳光度计反演结果相比,偏差分别为0.11~0.13和小于0.012;基于天空辐亮度各向同性分布假设, 余弦校正后四个波段漫射辐照度数值提升6.8%~10%.基于天空辐亮度分布数据,提出了一种漫射辐照度的精确校正方法,仿真结果显示,余弦校正后的漫射辐照度与理论数据一致,初步验证了该方法的可行性.

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。

辐射定标是光学遥感信息定量化的关键技术之一。随着高分辨光学遥感器定量化应用的发展，在轨绝对辐射定标精度的要求也越来越高。提出了一种基于多灰阶靶标的在轨定标方法，采用实际测量的漫射辐照度与总辐照度比来代替辐射传输计算的气溶胶散射，同时布设高反射率靶标以提高辐射定标精度。初步试验结果表明，基于多灰阶靶标的高分辨率光学卫星传感器在轨绝对辐射定标方法，对假定的理论模型依赖较少，能够实现全动态范围的高精度定标，不确定度优于4%，而且满足复杂环境条件的应用要求。