1 中国科学院空天信息创新研究院, 国家环境保护卫星遥感重点实验室, 北京 100101
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海卫星工程研究所, 上海 201109
4 吉林大学地球探测科学与技术学院, 吉林 长春 130026
5 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2021年9月我国成功发射的高分五号 02 星［GF-5(02)] 上搭载有多角度偏振成像仪 (DPC) 和高精度偏振扫描仪 (POSP), 组成了“偏振交火”观测方案。为评价GF-5(02)卫星DPC传感器的在轨辐射性能, 基于2022年1月DPC和POSP观测数据, 采用海洋瑞利散射和“偏振交火”交叉定标两种方法, 实现了DPC在轨绝对辐射定标和视场内相对辐射一致性检验。结果表明, DPC/GF-5(02)在轨后的绝对辐射和相对辐射响应较发射前的实验室定标结果均未发生明显改变, 在轨前后各波段绝对辐射系数差异均小于5.3%, 视场内相对辐射响应变化均小于2%。其中, 443 nm波段瑞利散射和“偏振交火”交叉两种方法获得的绝对辐射定标系数一致性较高, 偏差约为2%；而490 nm和670 nm波段两方法定标结果偏差较大, 偏差分别为7.4%和7.7%。整体上, DPC/GF-5(02) 在轨后的辐射稳定性优于DPC/GF-5。
高分五号 02 星 多角度偏振成像仪 绝对辐射系数 相对辐射系数 瑞利散射定标 “偏振交火”定标 Gaofen-5(02) satellite directional polarimetric camera absolute radiometric coefficient relative radiometric coefficient Rayleigh scattering calibration "polarization crossfire" cross calibration 大气与环境光学学报
2023, 18(4): 310
1 上海卫星工程研究所, 上海 201109
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2021年9月7日发射的高光谱观测卫星是《国家民用空间基础设施中长期发展规划 (2015-2025)》中规划的一颗业务星，是我国高光谱遥感能力的重要标志。高光谱观测卫星运行于高度为705 km、降交点地方时为10：30的太阳同步轨道。针对细颗粒物探测，卫星配置了偏振交火传感器，通过由高精度偏振扫描仪 (POSP) 与大气气溶胶多角度偏振探测仪 (DPC) 构成的双偏振载荷的联合探测，获取观测区域的气溶胶光学厚度 (AOD)、PM2.5等气溶胶信息。本文主要介绍了高光谱观测卫星总体技术方案和双偏振载荷方案，详细阐述了偏振交火模式设计要点，包括时统设计、光谱通道设置、光谱匹配设计以及视场匹配设计等工程设计。同时，对偏振交火模式的在轨性能进行了评估，评估结果表明：双偏振载荷的同步观测采集时间差优于0.4 ms，视场匹配误差优于0.066 POSP像元，满足反演应用需求。最后，对双偏振载荷在轨测量精度进行了交叉验证，验证结果表明辐射测量值与参考值拟合决定系数均高于0.96，线偏振度在轨交叉验证平均绝对差异优于0.0088，均满足在轨探测精度的设计要求。
高光谱观测卫星 细颗粒物探测 偏振交火 交叉定标 hyperspectral observation satellite fine particulate matters detection polarization crossfire cross calibration 大气与环境光学学报
2023, 18(4): 295
红外与激光工程
2022, 51(7): 20220395
1 中国科学院空天信息创新研究院遥感卫星应用国家工程实验室，北京 100101
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院空天信息研究院海南研究院海南省地球观测重点实验室，海南 三亚 572000
高分五号（GaoFen-5）卫星搭载的多角度偏振成像仪（DPC）未装备星上定标器，需依赖不同替代方法进行在轨辐射定标。为此，发展了一种在轨交叉辐射定标方法，考虑实时地表方向反射及仪器光谱响应差异，实现了DPC/GaoFen-5与中分辨率成像光谱仪（MODIS）/Aqua的在轨交叉辐射定标。该方法选用具备高精度星上定标的MODIS/Aqua卫星为参考传感器，选择北非沙漠准不变定标场观测数据，通过输入卫星同步地表双向反射率产品和大气辐射传输计算，精确校正两传感器间太阳-观测几何和光谱响应差异带来的表观辐射量偏差，最终得到待定标传感器在轨交叉辐射定标系数。理论分析结果表明，该方法在DPC非吸收波段的定标不确定度为2.41%~3.70%。DPC/GaoFen-5与MODIS/Aqua的交叉辐射定标初步结果表明，两者辐射一致性较高，各波段表观辐射量差异均小于4%。
遥感 交叉定标 大气辐射传输 地表双向反射率分布函数 多角度偏振成像仪 中分辨率成像光谱仪 光学学报
2022, 42(18): 1828008
为了实现中分辨率光谱成像仪(Medium Resolution Spectral Imager, MERSI)太阳反射波段的星上绝对辐射定标, 本文采用国际通用的6个北非沙漠目标即伪不变目标, 以高质量的SeaWiFS数据为参考, 对FY-3C MERSI数据进行交叉定标。首先利用高质量的SeaWiFS数据构建天顶双向反射分布函数模型; 其次, 构建两个传感器的参数化光谱匹配因子; 最后, 基于前两部分工作进行交叉定标。本文构建的天顶反射模型可以准确地表达伪不变目标的天顶反射率, 波段预测误差基本都在3%之内; 考虑观测几何条件和吸收气体含量的参数化光谱匹配因子可以有效地预测MERSI的天顶反射率; 交叉定标结果的时间序列十分稳定且无明显趋势, 与伪不变目标的天顶辐射信号长期稳定且规律性变化的特点相一致, 与L1定标结果存在一个系统偏差。该方法充分考虑和解决了交叉定标研究中轨道漂移、观测几何条件和光谱响应差异带来的不确定性问题, 能够对卫星辐射性能进行有效的在轨监测和订正。
光谱成像仪 交叉定标 光谱匹配因子 双向反射分布函数 spectral imager cross-calibration spectral band adjustment factor bi-directional reflectance distribution function
FY-3B中分辨率光谱成像仪(MERSI)不能实现可见光近红外波段的星上绝对定标。为了提高MERSI高信噪比窄波段通道的辐射定标精度,针对国际通用的6个北非沙漠目标,利用高质量的SeaWiFS数据构建天顶双向反射分布函数(BRDF)模型,借助MODTRAN辐射传输模型和ERA-Interim再分析资料吸收气体数据构建光谱匹配因子,对FY-3B MERSI 5年的在轨运行数据进行交叉定标研究。所构建的天顶反射模型可以准确表达伪不变目标的天顶反射率,波段预测误差基本都在3%之内;考虑观测几何条件和吸收气体含量的参数化光谱匹配因子可以有效预测MERSI的天顶反射率;交叉定标结果的时间序列十分稳定且无明显趋势,与伪不变目标的天顶辐射信号长期稳定且规律性变化的特点一致。与MERSI L1业务化定标结果相比,第8~12波段的定标结果偏低,相对偏差小于0,而第13~16波段的定标结果偏高,相对偏差大于0。除了波段8以外的其他8个波段的偏差基本都在-5%~5%以内。波长小于600 nm的波段的月平均偏差较大,特别是三个蓝光波段(第8~10波段);第13~16波段的月平均偏差相对稳定,基本都在-5%~5%以内。
遥感 中分辨率光谱成像仪 交叉定标 光谱匹配因子 双向反射分布函数 光学学报
2020, 40(18): 1828001
1 北京理工大学 光电学院，北京 100081
2 中国气象局 国家卫星气象中心 中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室，北京 100081
3 中国科学院安徽光学精密仪器研究所 通用光学定标与表征技术重点实验室，安徽 合肥 230031
一般交叉定标方法是利用普通最小二乘法的回归方式对时间、空间、观测几何、光谱匹配得到的近一致观测数据点对来计算定标系数，该方法忽略了各数据点对的质量差异，降低了定标系数的有效性。针对此问题，本文提出了基于不确定度计算的定标改进方法，利用不确定度分析方法计算数据点对中各辐射基准值的不确定度并给出权重系数，采用加权最小二乘法回归定标系数。选取与在研的基准载荷参数最为接近的HYPERION作为辐射基准替代载荷，分别利用普通最小二乘法和加权最小二乘法对MODIS CH1~7进行了定标，采用MODIS官方定标系数作为真值对定标结果进行验证。结果表明，采用加权最小二乘法对MODIS的1、2、4、5、6、7通道回归的定标系数更接近真值，定标结果的最大相对误差与传统方法相比降低了3%~5%，平均相对误差降低了0.5%~1.5%，说明本文的加权最小二乘法可进一步提升交叉定标精度。
基准载荷 太阳反射波段 交叉定标 加权最小二乘法 不确定度 radiance standard solar reflective band cross-calibration weighted least square uncertainty
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室,安徽 合肥 230031
2 中国科学院合肥物质科学研究院, 安徽 合肥 230031
3 国家卫星海洋应用中心, 北京 100089
星上定标光谱仪(SCS)是HY-1C搭载的标准定标载荷,用于实现对同平台上其他多光谱载荷的辐射定标。基于星上定标光谱仪获得的星上定标结果,与MODIS的影像数据进行交叉定标,比较星上定标光谱仪与MODIS对相同地面区域的辐亮度数据和反射率数据,实现了对星上定标精度的评估与验证。通过对4次定标数据的处理和分析,结果表明,两者的最大相对偏差小于3%,满足同平台其他载荷的定标要求。
遥感 星上定标 高光谱辐射定标 交叉定标
国家卫星气象中心中国遥感卫星辐射测量与定标重点开放实验室, 北京 100081
风云三号B星(FY-3B)中分辨率光谱成像仪(Medium resolution spectral imager, MERSI)的两个短波红外波段(1.64和2.13 μm) 采用光伏碲铬汞探测器,由于辐冷问题导致短波红外波段探测器的实际工作温度远高于设计值,影响了其在轨辐射特性。 对处于高温工作状态的FY-3B MERSI短波红外波段的长时间序列在轨辐射特性进行了较为系统的研究分析。采用冷空观测和 遥测温度时间序列数据开展了工作温度对遥感器响应的影响分析,发现短波红外波段的冷空值与探测器温度之间存在正 相关关系。采用线性模型描述仪器响应的温度依赖性,获得了温度校正因子；温度每变化1度, 1.64和2.13 μm波段冷空观 测值分别变化约0.7%和5%。进行温度校正后,冷空观测时间序列的波动显著降低。采用全球多目标定标方法获得了 短波红外波段的在轨辐射响应变化,在参考温度下,2011年11月至2016年12月,1.64和2.13 μm波段的总衰减分别 约为6%和11%。通过与Aqua中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution imaging spectroradiometer, MODIS)的 多年交叉比对分析,发现不管是否在定标过程中进行温度校正,采用基于长时间序列趋势建模的日定标更新后MERSI 与MODIS的辐射偏差较为稳定,可以满足7%的定标指标要求。
温度校正 辐射响应 冷空观测 多目标定标 交叉比对 短波红外波段 temperature correction radiometric response space view observation multi-site calibration cross calibration shortwave infrared band 大气与环境光学学报
2019, 14(5): 374
