1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
4 北京理工大学 光电学院，北京 100081
星载红外高光谱传感器与多通道光谱传感器在轨交叉定标时能够提升数据精度和质量，交叉定标样本通常采用星下点交叉方式匹配筛选，包括空间、时间、观测几何角度和光谱匹配，匹配误差的不确定性将对最终交叉定标精度产生影响。采用FY-3E同平台红外高光谱大气探测仪HIRAS-II和中分辨率光谱成像仪MERSI-LL均匀晴空背景进行观测，根据视线向量匹配HIRAS-II星下点瞬时视场内的MERSI-LL像素，分别通过模拟视场偏移、观测天顶角偏差和光谱响应函数变化单独分析空间、观测几何角度和光谱匹配误差引入的匹配不确定度。结果表明，空间失配引起观测背景辐射亮温变化，偏移一半像元视场时的相对不确定度约为10%，达到一个像元时为25%~30%；观测几何角度失准引起光谱辐射亮温变化，观测天顶角偏移20°时的不确定度优于0.2%；光谱响应函数差异引起光谱等效辐射亮温变化，响应函数发生展宽时对吸收通道的不确定度最大约为2.5%，窗区通道为0.4%，收缩时的不确定度整体优于0.3%，平移引起的不确定度相对较小，移动5倍波长间隔时优于0.1%。
红外交叉定标 交叉匹配 不确定性 infrared inter-calibration inter-collocation uncertainty 红外与激光工程
2023, 52(4): 20220616
1 国防科技大学气象海洋学院, 江苏 南京 211101
2 地理信息工程国家重点实验室, 陕西 西安 710054
3 北京应用气象研究所, 北京 100029
4 中国科学院大气物理研究所, 北京 100029
2016年9月15日发射的TG-2空间实验室上搭载的MAI是我国首个在轨运行的多角度偏振成像仪, 主要用于获取云和气溶胶等大气环境信息。 星载遥感仪器的定标是观测资料定量应用的关键前提且贯穿仪器的整个寿命期。 MAI发射前已经进行了实验室定标, 且精度较高。 为了监测MAI发射后的在轨运行情况, 针对其未配置在轨定标装置的问题, 利用Metop-B/GOME-2可见光波段的高光谱分辨率和较高探测精度的优势, 提出了基于GOME-2对MAI 565, 670以及763 nm通道进行在轨监测及交叉定标的方法。 该方法首先通过时空匹配、 视线几何匹配等获取MAI与GOME-2相近时刻、 相近视线几何条件下的同目标观测数据, 再将GOME-2反射率按照MAI可见光通道光谱响应函数进行卷积, 得到各通道的参考反射率, 与MAI反射率进行对比分析, 从而实现对MAI的定标。 利用不同反照率特性目标的匹配观测数据, 该方法能够实现仪器的高、 中、 低端观测的全覆盖定标。 定标过程主要包括: （1）对2016年12月到2017年2月期间TG-2和Metop-B的运行轨道进行预报, 获取二者交叉观测的整轨数据; 设置观测时间差为900 s, 初步匹配得到8组MAI与GOME-2交叉观测样例, 包含2 455组匹配像元; （2）对匹配像元空间位置进行检验, 保留单个GOME-2像元覆盖的MAI像元数超过338的交叉样本, 以确保单个GOME-2像元尽可能被MAI观测充满; （3）给定GOME-2观测天顶角小于30°的限制条件, 同时设置视线几何检验条件为两仪器观测天顶角余弦的比值接近于1, 且相差不超过0.05, 并充分利用MAI的多角度观测优势, 对每一个MAI像元采用最多14个方向的视线几何进行匹配, 从而选择最优的视线匹配方向; （4）设置观测目标均匀性检验条件为一个GOME-2像元覆盖的全部MAI像元反射率的标准差和均值之比小于0.5, 对匹配像元进行检验, 得到469个匹配的GOME-2像元。 （5）将以上GOME-2像元对应的各个波长的反射率按照MAI可见光通道的光谱响应函数进行积分, 即可得到MAI各通道对应的GOME-2参考反射率。 （6）利用GOME-2像元空间分辨率显著大于MAI分辨率的特征, 对每个GOME-2像元覆盖的全部MAI像元反射率进行平均作为MAI反射率, 显著降低了定标结果对观测目标均匀性的依赖程度。 （7）将GOME-2参考反射率与MAI反射率进行回归分析, 得到定标系数, 实现对MAI的在轨交叉定标。 为了分析各匹配条件对定标结果的影响, 利用单一变量法对像元匹配过程中各检验条件阈值进行调整并开展了分析试验。 结果表明, 当进一步严格匹配筛选条件时, 定标结果不会产生显著变化。 基于该方法对MAI三个通道反射率和GOME-2参考反射率进行对比分析, 结果表明二者之间存在显著地线性关系, 且相关系数均优于0.97, 对比差异的均值分别为1.6%, 4.2%和2.3%, 标准差分别为3.1%, 4.1%和2.4%。 总体来看, 利用在轨交叉定标方法能够实现MAI可见光波段的在轨监测及定标, 为MAI数据的定量应用奠定了基础。
交叉定标 反射率 高光谱 Inter-calibration MAI MAI Reflectivity Hyperspectral
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
利用实验室定标与基于高光谱探测器IASI的交叉匹配样本，分析了FY-2D红外探测器在窗区通道的非线性特征，结果显示，VISSR在信号两端都存在非线性特征，但对低信号端的影响最为显著.与实验室测量结果比较，线性定标在低温端会带来大于10 K的亮温偏差.为了同时保证定标结果的质量及其稳定性，采用分段定标方案，高温端为线性定标而中低温端为非线性.从一致性以及台风个例分析等方面对定标方案进行了验证，分析结果表明，分段定标方案稳定，对低温端的定标精度改进显著，与线性结果比较台风监测亮温精度提升大于7K.
静止气象卫星 红外高光谱传感器 交叉定标 非线性订正 geostationary meteorological satellite high-spectral resolution sounder inter-calibration nonlinearity correction
1 国家卫星气象中心,北京,100081
2 北京大学物理学院,北京,100871
3 上海卫星工程研究所,上海,200240
FY-2B静止气象卫星扫描辐射计水汽通道发射前定标在实验室真空罐内进行.发射在轨后,可以利用星上黑体监视探测器性能变化,但由于星上黑体光路与目标光路不同,无法进行水汽通道的在轨全光路定标.介绍了FY-2B水汽通道的发射前定标、利用在轨电定标确定量化关系进行的定标处理以及与NOAA-17卫星HIRS/3通道12的相对定标方法.
定标 水汽通道 性能变化 相对定标 calibration WV channel change of characteristics inter-calibration HIRS/3 HIRS/3
