风云三号B星（FY-3B）中分辨率光谱成像仪（MERSI）可见光星上定标（VOC）系统辐射性能随时间衰减变化，使其难以用于MERSI的在轨绝对辐射定标。本文提出一种确定VOC辐射性能衰减变化的新方法，该方法在探究太阳光定标时机与太阳天顶角和方位角依赖关系的基础上，分析MERSI相对辐射响应衰减变化的趋势；利用高质量的MODIS数据构建大气层顶双向反射分布函数模型，对MERSI约10年的在轨有效数据进行交叉定标处理，获取MERSI绝对辐射响应衰减变化趋势；将二者归一化后的差值作为VOC系统辐射性能的衰减变化值。结果表明：VOC系统辐射性能在发射初期衰减率较大，后期衰减趋势趋于平稳，且衰减率与波长相关；在发射初期，短波波长（<500 nm）处的最大年衰减率达到了49.51%，长波波长（800~1000 nm）处的衰减率相对较小，最大年衰减率均小于26%；在发射后期，除412 nm外（衰减率为1.91%），其余波长处年衰减率均小于0.64%。自仪器发射以来，基于本方法获得的VOC衰减数据与VOC监视数据之间的百分误差均小于15%。本文提出的VOC系统稳定性分析方法可为实现MERSI星上绝对辐射定标提供重要的参考。

风云三号D星（FY-3D）中分辨率光谱成像仪II型（MERSI-II）已在轨运行超过5年，经定量应用反演发现部分通道辐射响应性能出现明显退化。本研究采用深对流云（DCC）目标对MERSI-II大部分反射太阳波段辐射响应变化进行趋势评估，为提高该方法的稳定性，对基础DCC定标方法进行了优化。首先，比较了当前两种DCC双向反射分布函数（BRDF）模型的校正效果，采用月度反射率概率密度函数（PDF）众数和均值分别对反射率长时间序列稳定性进行分析。结果表明：对可见光和近红外波段使用CERES厚冰云BRDF模型校正的反射率PDF众数较优；短波红外波段反射率PDF均值较优，但对于两种BRDF模型均不敏感。其次，针对BRDF模型在短波红外波段无明显校正效果的问题，提出了一种基于反射率拟合残差和滑动平均值的去季节性方法。该方法显著改善了2018—2022年短波红外波段月度DCC反射率序列的相对标准差和波动性，分别降低了约22.2%和53%。这种去季节性方法为其他卫星光学传感器基于DCC目标的辐射定标研究提供了参考。最后，使用上述方法对MERSI-II的11个反射太阳波段辐射响应进行定量评估，发现蓝光通道和全部短波红外通道出现显著衰减，该评估结果将作为FY-3D/MERSI-II业务定标更新的重要参考依据。

为了实现星载成像仪的月球绝对辐射定标, 在轨对月观测数据的预处理环节需要完成两方面的任务: 一是从全部的冷空视场数据中, 准确判识出月亮进入冷空视场的时刻; 二是将对月观测原始计数值换算为全圆盘辐照度, 以便与月球辐射模型比较。具体到中分辨率光谱成像仪(MERSI), 本文从MERSI观测模式出发构建出月亮进入冷空视场的阈值判识模型。根据MERSI对月观测的成像几何和定标公式, 分别以单探元多帧扫描图像和多探元单帧扫描图像为基础, 构建出月球全圆盘辐照度算法。结果显示, 阈值判识模型可以实现从平均约30 d的观测数据中, 准确标记出约1 min的月亮图像数据。两种计算辐照度的方法得到的辐照度平均差异约0.9%。所提方法可以将原始的对月观测数据计算为辐照度值, 为进一步的绝对辐射定标及误差分析提供基础, 同时, 也可以为类似的成像遥感器的月亮定标工作提供参考。

提出一种智能方法来分析风云三号A星(FY-3A)中分辨率光谱成像仪(MERSI)的长期响应衰变。该方法通过使用迭代加权多元变化检测(IR-MAD)算法识别同一区域、不同时相卫星图像的不变像元,基于这些不变像元的信号变化评估仪器在该时段的响应衰变。先用IR-MAD方法分析图像场景的不变像元,通过两幅图像不变像元的正交回归获取仪器的相对衰变;再对多个图像对的长时间序列进行分析,采用多项式拟合获得传感器衰变随时间的变化曲线。采用所提方法研究了FY-3A/MERSI北非地区和中国西北部地区的数据,并与其他相关研究得到的仪器衰变结果进行比较。结果显示,所提方法与其他方法获取的仪器衰减规律具有良好的一致性(差异在2%以内),而且从北非地区与中国西北地区得到的结果相吻合(大部分通道的差异在1%以内),验证了本文方法的通用性与可重复性。

位于南北极的Dome C和Greenland冰雪目标是国际上应用比较广泛的定标跟踪目标。但由于极昼极夜现象的存在,单一极地冰雪目标难以对遥感仪器连续定标跟踪。针对这一不足,提出联合使用两个极地冰雪目标对风云-3A卫星(FY-3A)/中分辨率光谱成像仪(MERSI)太阳反射率波段辐射性能进行连续跟踪监测的方法。首先,利用FY-3A/MERSI寿命晚期相对稳定的观测数据,建立两个冰雪目标表观反射率的双向分布函数模型;然后利用该模型,对冰雪目标的表观反射率序列进行归一化,消除由冰雪目标非朗伯性引起的变化信息,获得反映遥感器辐射性能变化的参量,实现不同冰雪目标数据序列的融合;最后,采用二次多项式拟合模型,对融合后的数据进行变化趋势分析,并与其他相关研究成果进行比对验证。结果发现,跟踪监测模型的不确定性基本优于3%,特别是在波长小于550 nm的短波段,不确定性优于2%。衰减率结果显示,蓝光波段衰减显著,特别是波段8(413 nm),年均衰减率接近7%;红光和近红外波段(水汽通道除外)最为稳定,年均衰减率在±0.5%以内。验证结果显示,所提方法与其他方法具有很好的一致性,大部分波段的多年总衰减率偏差低于3%。

采用波长插值和时空匹配的方法,对气溶胶自动观测网(aerosol robotic network, AERONET)和风云三号卫星中分辨率光谱成像仪(FY-3A/MERSI) 气溶胶光学厚度(aerosol optical depth, AOD)产品进行匹配,并进一步使用AERONET AOD数据对北京以及周围地区的FY-3A/MERSI AOD产品精 度进行验证分析。实验结果表明: (1)FY-3A AOD与AERONET AOD具有较高的相关性(R=0.733),总体偏低于AERONET AOD(bias=－0.012); (2)下垫面植被覆盖度越高, FY-3A AOD反演精度越高;气溶胶浓度较低精度越高,反之反演精度越低；并且在春冬季节的反演精度高 于夏秋季节。此结论可为北方地区的FY-3A/MERSI气溶胶产品使用提供参考。

为了测算中分辨率光谱成像仪在轨调制传递函数(MTF)，提出了一种基于图像中非理想阶跃目标的处理方法。利用仅一侧具有较好均匀性的目标，在线扩散函数(LSF)的对称性假设下，实施基于阶跃响应思想的测算方法。与传统的阶跃边缘法相比，该方法得到的结果与中分辨率光谱成像仪获得的结果一致。将其应用在中分辨率光谱成像仪的指标考核中，得到的半峰全宽(FWHM)与传统处理方法仅相差0.03 pixel，奈奎斯特频率处的MTF值也仅相差0.02，验证了本文方法的有效性。该方法所利用的目标在中分辨率光谱成像仪遥感图像中极为常见，因而普适性更好。

针对极轨气象卫星的特点,提出了利用极地冰雪目标进行风云(FY)卫星中分辨率光谱成像仪(MERSI)传递函数(MTF)测试的刃边方法.该方法沿着冰雪和海洋之间的边缘进行取样,然后将获得的点扩展函数经过傅里叶变换得到最后Nyquist频率点处的MTF值.该方法能够应用于绝大多数MERSI通道.MTF测试结果表明:在轨初期,FY-3B/C-MERSI图像在卫星飞行方向的MTF结果都在0.31左右,图像质量较高,能够满足设计指标.但两颗卫星的MERSI传感器图像空间频率特性沿扫描方向都不是很好,1 000 m分辨率的FY-3C图像测试结果集中在0.12左右,FY-3B集中在0.10左右,且FY-3C星结果系统偏高于B星,B星250 m分辨率的测试结果只有0.07.分析认为导致这种图像频率特征质量在扫描方向严重下降的主要原因是设计MERSI时为保证信噪比保留的像元重叠扫描,建议在下一代FY-3号气象卫星设计时考虑这种重叠扫描的处理.

对风云三号(FY-3)中分辨率光谱成像仪(MERSI)的黑体进行了在轨太阳污染模拟,以掌握在轨太阳污染对面源黑体的影响,同时研究了抑制太阳污染的措施.模拟了FY-3卫星轨道及全轨道周期内太阳光的入射角,使用Tracepro软件建立了太阳污染模拟的模型,利用太阳光入射与MERSI的相对位置对太阳污染进行仿真,分析了污染随光谱成像仪扫描镜旋转和卫星飞行位置的变化.最后,根据分析结果设计了太阳污染抑制措施,并对抑制效果进行了仿真验证.结果表明:在扫描镜附近区域设置遮光板,有效地抑制了太阳光的污染,使辐射量级小于0.1 W,整个太阳污染功率下降了97%以上,对黑体有良好的保护效果.另外,提出的方法提高了面源黑体温度的均匀性和稳定性,保证了红外通道星上定标精度.

卫星资料辐射定标精度是其定量应用的关键因素。 以METOP-A/IASI的高光谱探测资料为传递基准, 利用同时星下点观测的交叉定标方法, 对 FY-3A/MERSI热红外通道的在轨辐射定标精度进行了客观评估, 并给出了亮温系统偏差的订正因子。 从观测时间差异、 卫星观测天顶角和方位角差异、 以及目标均匀性四个方面, 分析了交叉定标中所用主要匹配近似因子的不确定性。 分析结果表明, 目标均匀性是匹配误差的主要来源, 偏差不确定性小于2%(当亮温偏差约为1 K时, 不确定性<0.02 K), 其他因素的影响可以忽略。 一年多的样本统计及偏差分析结果显示, MERSI的观测亮温明显高于IASI, 年平均亮温偏差约(3.18±0.34) K, 月平均亮温偏差呈现季节波动特征, 波动幅度约0.8 K。 与相近时期敦煌场和青海湖地同步观测评价结果有非常好的一致性。 初步原因分析推断, 造成MERSI亮温偏高的原因主要有两个, 一是星上黑体发射率被高估, 二是光谱响应函数向大气窗区漂移, 后者可能为主导因素。