大视场偏振多光谱相机比传统的光谱相机多探测角度和偏振两个维度的信息, 尤其在气溶胶遥感监测领域, 具有很大优势, 所以在2020年前后全球将大量发射搭载该类载荷的卫星。 作为定量化程度很高的光学载荷, 在轨定标一直受到很大的重视。 因受限于缺乏星上定标设备和低空间分辨率特点, 使用自然景物作为替代参考光源进行在轨辐射定标。 多角度偏振相机内部的辐射传递过程复杂, 需要进行辐射定标的相机参数有多个。 辐射定标系数包括辐射强度和偏振两种类型多个参数, 使用的自然景物类型多, 导致多种定标方法组合、 并行发展。 2018年新发射的高分五号卫星是我国第一颗, 也是同期国际上唯一搭载偏振运行载荷的卫星, 在其后国际上也会有多颗卫星搭载同类型传感器上天, 有必要梳理替代定标的研究进展情况。 文章系统介绍了大视场偏振多光谱相机的一般光学结构及其光谱设置等重要技术参数, 梳理了相机的辐射传递模型。 划分了绝对辐射强度、 相对辐射强度和偏振参数三类来描述不同定标系数的在轨定标方法和原理。 针对特定的待定标系数, 介绍了在轨替代定标所需选用的自然景物目标和定标的流程方法。 形成了大视场偏振多光谱相机在轨辐射定标的方法系统。 并汇总了定标结果检验的一般方法。 新的大视场偏振多光谱相机的在轨辐射定标, 将继承原有研究基础, 使用特殊自然景物开展定标。 在后续的同类遥感相机在轨定标工作中, 也可以充分借助同一个卫星平台上的其他载荷及其星上定标器、 借助地面人工光源等方法开展新形式的在轨辐射定标。 我国、 欧洲以及美国等规划了新型偏振相机航天发射计划, 面向未来几年的我国和欧美诸多同类相机, 结合作者研究基础, 对未来在轨定标方法进行了初步设计和展望。 偏振类型的多光谱相机主要服务于大气颗粒物遥感监测, 对我国当前关注的大气环境问题非常重要。 卫星发射后持续的在轨辐射定标是保障卫星遥感产品反演精度的必要条件。 系统的在轨定标研究梳理和在轨定标未来方法的初步设计将为后续卫星遥感应用系统提供方法和模型参考。

为了解决场地替代定标中人工测量地表反射率的不足,提高定标频次,获取大量连续的观测数据,研制了场地自动化观测辐射计,该辐射计共8个通道,覆 盖可见及近红外波段,光谱带宽20～40 nm,通过北斗卫星实现远程数据传输,可以实现无人职守下的自动观测和数据回传。对该仪器的工作原理、各单 元的设计和特点进行了描述,并给出了辐射计的室内辐射定标方法和结果,最后介绍了辐射计在敦煌辐射校正场的实验情况。

为解决FY-3C/MERSI反射波段非线性响应导致传统两点定标不适用问题，提出了在轨宽动态综合辐射定标方法。融合多种不依赖于地面同步测量的替代方案，利用各方案定标样本的多等级反射率特性，实现遥感器宽动态范围的辐射定标。每种方案的定标样本采用分段平均方法进行等权重融合，最终定标系数基于融合后样本通过加权拟合回归获得。非线性特征采用发射前室外定标实验分析的二次项系数进行修正，在轨计算定标斜率和截距。分析和验证结果表明：各替代方案样本分布具有很好一致性，融合样本相关性可达0.99；综合定标结果在反射率大于10%的中高端目标回归残差小于1%，高端定标结果与基于深对流云目标的交叉定标(DCC)检验样本的相对差异小于1.5%，敦煌同步观测实验检验结果表明中端精度优于3%；由于MERSI对低亮度辐射响应能力显著降低，发射前室外定标实验获得的非线性系数不能适用，定标结果在低目标反射率出现高估现象。该成果可应用于所有FY-3C/MERSI反射通道，明显降低两点法定标的不确定性以及非线性的影响。

卫星遥感器的在轨交互定标是保证仪器数据记录的可靠性、连续性和一致性的核心方案,配合高精度的在轨参考基准仪器可使定标精度达到2%左右.本文介绍了交互定标技术的相关概念和意义,强调该技术是修正仪器间辐射定标相对偏差的重要手段.指出了交互定标的前提条件及现存难点.总结了交互定标实现流程,包括数据收集、匹配、筛选、处理,基准确定,精度分析等,分析了影响交互定标精度的各种因素.叙述了当前卫星光学遥感器交互定标的各类方法及其使用条件,总结了不同应用条件下所适用的各交互定标方法的定标精度.最后结合当前交互定标的国际合作活动,分析展望了未来光学遥感器在轨可溯源SI定标方法的前景趋势和难点问题.

为监测多源卫星遥感器在轨辐射性能，提出了基于均匀稳定目标再分析基准数据库的替代定标方法。以均匀稳定的敦煌辐射校正场为实验场区，在分析场区历史光谱和大气数据的基础上，建立了地表反射率参考与实时气溶胶估算模型；并结合现有反射率基法定标模型实现了资源一号02C(ZY-1 02C)、资源三号(ZY-3)和高分一号(GF-1)卫星多个遥感器的辐射定标。采用星地同步实测数据和常规外场定标方法对获取的定标系数进行验证，结果表明：基于类似敦煌场的稳定目标再分析资料可实现多源遥感器的辐射定标；定标后的辐亮度与基于实测数据反演的辐亮度平均差异小于5.0%，且与常规外场定标结果总体精度相近。该方法可用于多源卫星遥感器在轨辐射性能日常检测，并为定标系数修订提供参考。

场地自动化替代定标是光学遥感卫星定标发展的新方向。自动化定标通过在场地布设无人 值守的全自动观测仪器获取地面和大气光学参数,实施对卫星遥感器的高频次定标,从而提升 定标精度。分析了自动化定标的方法和技术发展现状,针对自动定标的应用需求,提出了 自动化定标设备的设计方案和关键技术,讨论了自动化定标的未来发展前景。

为提高水色卫星遥感数据的质量并实现遥感定量化应用目标，卫星传感器精确的辐射定标是重要前提和关键。采用南海PY30-1平台上观测的水体与大气光学特性参数，通过反射率基法对Aqua卫星上MODIS传感器的可见近红外波段进行替代定标。结果表明，定标增益因子与MODIS国外研究结果非常接近，除443 nm波段偏差较大外，相对差异均小于5%。证明在海上利用反射率基法进行替代定标是可行的，能够给出精确的替代定标增益因子。

鉴于中分辨率光谱成像仪不能实现反射太阳波段的星上绝对辐射定标, 提出了基于地表方向模型、 矢量辐射传输模型6SV并联合MODTRAN吸收透过率校正的敦煌场替代定标新方法, 4年的同步定标结果表明, 除了水汽吸收中心波段之外, 定标不确定度小于5%, 而多数波段优于3%。 以Aqua MODIS为辐射基准的大气顶辐射计算试验表明, 正演与卫星观测间的平均偏差在波长<1 μm的窗区波段小于3%, 波长>1 μm的小于5%(除了2.1 μm波段); 此外, 经场地定标的MERSI 表观反射率与MODIS具有很好的一致性。 基于多年的场地定标结果发现: 可采用二次多项式拟合定标系数的时间变化, 进而实现逐天的定标更新; 波长<0.6 μm的波段衰变较大, 波段8(0.41 μm)入轨第一年的衰变率约为14%; 在轨初期衰变最大, 一年后趋缓, 两年后部分波长>0.6 μm的波段出现响应增加现象。