基于场地的绝对辐射定标是航空遥感数据定量化应用的重要保障手段, 如何降低外场测量环境及各种测量误差的影响、 提高定标结果的稳定性和精度是航空相机定标的关键。 利用2020年12月26日—28日在云南普洱定标场布设的5种不同反射率的灰阶靶标, 采用反射率基法对机载Lecia DMC Ⅲ航空多光谱相机连续进行3次辐射定标试验。 在飞机飞越定标场上空的同时, 获取地表反射率、 大气参数和试验场内各采样点的几何信息, 利用MODerate resolution atmospheric TRANsmission(MODTRAN)5.2.1大气辐射传输模型得到遥感器入瞳处各波段的辐亮度, 然后结合影像选定区域的平均DN值, 分别采用单点法、 两点法和多点法计算得到不同的定标系数。 通过系统对比不同方法得到的定标结果并分析各种误差源, 提出了一种基于多级靶标多次观测的航空多光谱相机外场高精度绝对辐射定标的方法, 各波段的定标不确定度分别为7.24%(蓝)、 6.20%(绿)、 5.35%(红)和4.68%(近红外)。 为了验证辐射定标的结果, 通过反射率反演的方法来验证不同方法计算得到的定标系数的合理性; 利用单点法、 两点法和多点法得到不同的定标系数, 基于Atmospheric/Topographic Correction for Airborne Imagery(ATCOR 4)大气校正软件对试验场内的多种典型地物进行大气校正; 将反演的地表反射率与实测地物反射率进行对比验证。 结果表明： 多级靶标和短期多次试验对于提高定标精度非常关键, 5%、 20%和60%灰阶靶标单点定标法和单次多点定标法的定标精度相对最差, 40%灰阶靶标单点定标法和两点法的定标误差明显减小, 多次多点法的定标精度相对较高, 三类方法平均相对误差分别为10%、 5.43%和3.18%。 本文提出的基于多级靶标多次试验的航空多光谱相机定标方法, 降低了单点法、 两点法及单次试验定标的不确定性, 对于今后航空相机的外场高精度定标及航空数据的定量化应用具有较高的参考价值。

FY_3D卫星中分辨率成像仪（MERSI-II型）自发射以来，主要应用在气象观测、环境监测、防灾减灾等方面。FY_3D卫星过境时的观测角度会影响定标精度，基于此，提出一种基于双向反射分布函数（BRDF）模型的场地定标方法。2022年7月在敦煌校正场开展星地同步测量实验，并利用2020年7组不同时刻的无人机多角度观测数据基于6种核函数组合方式建立42种BRDF模型。针对不同观测角度下的FY_3D影像，对构建的BRDF模型进行适用性分析。并计算基于BRDF模型传感器各波段的表观反射率与卫星实测的表观反射率相对偏差。结果显示：敦煌场地BRDF模型校正地表反射率时会受卫星观测角度影响，不同模型校正地表反射率之间的差异，受时间及太阳角度的影响不超过1%，受不同核函数组合方式的影响不超过3%。FY_3D MERSI-II型2021年B1~B12波段模型计算的与卫星观测的表观反射率平均相对偏差均小于5.22%，2022年B1、B2波段模型计算的与卫星观测的表观反射率平均相对偏差超过8%，其余波段均小于5.74%。

敦煌校正场是我国最重要的辐射校正场，地面目标的方向反射特性是影响场地定标精度的重要参数。对于在什么情况下需要校正地表反射率及采用哪种双向反射分布函数（BRDF）进行校正，尚无明确的研究。由于中等分辨率成像光谱仪（MODIS）精度较高，对MODIS影像进行了分析。首先利用2020年9月敦煌场地6组不同测量时刻下的无人机多角度观测数据，分别以6种不同核函数组合方式建立36个不同的BRDF模型，针对不同观测角度下的MODIS影像，分别计算BRDF校正前和BRDF校正后的表观反射率；而后与卫星实测表观反射率进行相对偏差的比较。实验结果表明，以28°的观测角度为界，当观测角度大于28°时相对偏差较大，且BRDF校正对结果的影响较大；在所建立的BRDF模型中，采用接近卫星过境时刻测量的多角度观测数据所建立的BRDF模型校正效果更好；且基于Rossthick-Lidense、RossThick-LiSparseR和Rossthin-LisparseR这三种核函数组合方式的BRDF模型所计算的表观反射率与卫星观测值的相对偏差都比较小。

光学遥感器在轨绝对辐射定标精度决定着定量化应用的广度和深度,反射率法、辐照度法以及辐亮度法等基于大面积均匀场的在轨替代定标发挥着重要作用,但由于存在场地数量有限、定标频次低、场地反射率低以及单点定标无法实现全动态范围定标的问题,定标精度限制在5%~8%之间。光学遥感器空间分辨率的提高,使得基于光谱平坦性好、朗伯性好的灰阶靶标的绝对辐射定标成为可能。本文研究了基于灰阶靶标的定标方法的原理、定标流程及影响因素,并在此基础上提出了简化辐射传输计算的方法。考虑到高分辨多光谱相机响应线性及暗电流等的影响,本文采用带偏置的一次函数响应模型,对某多光谱相机进行了三次试验,求出了定标增益与偏置,定标不确定度优于5%。利用铺设的彩色靶标进行了反射率反演验证,结果显示,在5%~70%的反射率内,绝对差值不到0.01。所提绝对辐射定标方法可以实现光学卫星遥感器大动态范围的绝对辐射定标,解决了在响应低端定量化应用时定标精度普遍较低的问题。

VIRR是搭载在我国最新一代极轨气象卫星FY-3B上的可见光红外扫描辐射计, 发射后的遥感器需要进行不断的辐射定标校准以提高数据质量, 更好的满足用户需求。 为了研究FY3B/VIRR入轨后辐射响应的衰变规律, 利用2011年—2015年敦煌辐射校正场同步试验数据, 采用反射率基法计算其反射太阳波段的辐射定标系数, 除受水汽吸收影响的波段10, 其余各波段定标系数相对标准差均小于1.5%。 以Aqua/MODIS为辐射基准验证了该方法的精度, 结果表明, 正演大气顶辐射与卫星观测值的平均偏差均小于2.5%。 基于上述五年的VIRR定标结果, 结合发射前定标系数, 计算了遥感器的年际衰变率, 结果表明: 仪器衰减显示出一定的波长依赖性, 波长越短的波段衰减越大； 与发射前定标系数相比, 入轨第一年的仪器定标系数有较大程度的变化； 随着在轨运行时间变长, 仪器衰减趋势开始减缓, 在轨运行的第二和第三年衰减均大幅减小； 从第四年开始波长<0.8 μm的波段, 有衰减增大的趋势； 在轨运行两年后, 波长>0.8 μm的波段部分年份出现了响应增加的现象； 与孙凌等的FY3A/MERSI衰减变化规律相比, 衰减率和波长的相关性是一致的, 但MERSI在0.65 μm的波段3和13均出现相应增加的现象, 而VIRR在该波长处的波段1却有衰减增大的趋势； 综合历年的衰减率可以看出, 波长较短的波段7, 8和9年衰减率基本大于5%。

提出了基于自动化多通道光谱辐射计(ATR)、6SV辐射传输模型、敦煌场地历史高光谱反射率模型、中分辨率成像光谱仪(MODIS)的双向反射分布函数(BRDF)的自动化辐射定标方法。当天气状况和卫星观测几何参数满足条件时,所提方法可对遥感器进行连续辐射定标。2015年8月至2016年3月在敦煌辐射校正场进行了实验,共获取17天的有效观测数据。以“水”卫星的中分辨率成像光谱仪(AQUA/MODIS)为辐射基准,验证了所提方法的精度和定标频次。结果表明平均10~15天能够对卫星遥感器进行一次辐射定标。与AQUA/MODIS各通道观测数据相比,利用所提方法得到的大气顶反射率的相对偏差均小于5%,平均相对偏差小于2%,标准差小于2%。

采用自动化场地辐射计（ATR）测量地表反射，结合CE318型太阳光度计获得的大气参数和漫总比辐照度仪获得的漫总比数据，计算出卫星过顶时刻的高光谱地表反射率。基于反射率基法对中分辨率成像光谱仪(MODIS)/Aqua和MODIS/Terra的可见光至近红外波段1~7开展了场地自动化观测绝对辐射定标试验。结果表明，利用场地自动化观测定标方法获取的表观辐亮度与MODIS/Aqua、MODIS/Terra星上获取的表观(TOA)辐亮度的相对偏差不大于4%。这说明场地自动化观测定标方法与人工定标方法具有同等水平的定标精度，验证了场地自动化观测定标方法的可行性。

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。

2010年10月14日无人机遥感载荷验证场科学实验在内蒙古乌拉特前旗展开, 这是我国首个航空遥感定标验证场的首次科学实验。 通过验证场实验数据及制作的朗伯特性好的六块高光谱辐射特性靶标, 采用反射率基法对搭载在无人机平台上的宽视场多光谱相机进行了场地绝对辐射定标。 结果显示, 对于成功获取影像的绿光、 红光及近红外通道的绝对定标结果中, 计数值(DN值)与辐射传输计算得出的表观辐亮度之间的线性相关系数优于99%。 经误差分析得到不确定度为5.19%, 优于验证场课题要求的6%。 定标结果表示, 验证场所配备之高光谱辐射特性靶标适用于机载多光谱载荷的场地绝对定标, 且定标结果可靠, 可以用于地物参数的反演。