针对现阶段星载遥感器高精度定标的需求, 研制了高空光谱辐亮度仪, 可应用于辐亮度法替代定标, 提升定标精度。该仪器光谱范围为400～2500 nm, 搭载在高空气球平台上能够在18～35 km高空中直接对地测量反射辐亮度。该仪器光机系统主要由前置一体式镜筒、色散模块和光机温控模块组成。为了验证该高空光谱辐亮度仪的可靠性与测量数据的准确性, 在青海大柴旦开展了该仪器与美国 Spectra Vista 公司SVC光谱仪的比对实验以及高空飞行实验。实验结果表明: 在地面测量中两台仪器所测辐亮度具有良好的一致性, 二者偏差普遍在± 1%以内, 最大偏差在± 3.5%以内; 在高空飞行实验中, 研制的辐亮度仪在25 km高空中平稳飞行6 h, 获得了高空测量辐亮度, 各模块与探测器温度均稳定保持在设定值。实验结果验证了整个仪器的可靠性, 表明所研制的辐亮度仪满足对卫星遥感器的高精度定标需求, 适合于高空高精度测量。

为了满足多类型光学载荷在轨空间辐射基准传递的需求，减小角度差异对辐射定标频次和精度的影响，开展基于多角度表观反射率模型的交叉定标方法研究。利用高精度长时序卫星的多角度、高光谱表观反射率数据，构建地球稳定目标利比亚4的大气层顶表观反射率模型。通过区域匹配、时间匹配和云剔除后，利用该模型对2019—2020年风云三号D星中分辨率成像仪和AQUA/MODIS的可见-短波红外波段开展了205次交叉定标应用，并与同步星下点观测的交叉定标方法进行了26次比对。结果表明，两种方法的平均相对偏差优于2.1%，验证了该方法的适用性和准确性。该方法可以解决对人工测量定标场地表多角度数据的依赖，适用于观测天顶角差异0°~60°、观测波段400 ~2 400 nm以内的多光谱、多角度载荷的交叉定标，减小交叉定标中角度匹配误差，显著提高多类型卫星的定标频次，为空间辐射基准传递和多载荷数据融合应用提供基础技术支撑。

利用自主研制的地表反射自动监测光谱仪 (ARMS) 和可见-短波红外光谱辐照度计 (HIM)，实现了嵩山遥感定标场内三种灰阶靶标反射率的自动测量，并与使用ASD便携式光谱仪人工测量的靶标反射率开展了比对。两种方法的比对结果表明：在400～1600 nm范围内，自动化测量与人工测量的反射率数据在非大气吸收波段的相对偏差优于 ±2%。进一步基于自动化设备的观测数据，分析了2019年10月至2020年11月场地内的靶标反射率。分析结果表明，受环境变化的影响，嵩山场内灰阶靶标的反射率也会发生变化，且反射率的变化趋势与波长范围及测量区域有关。在整个波段范围内，反射率的标准偏差在 ±2.5%以内。该工作的开展为基于嵩山遥感定标场的自动化、高频次在轨辐射定标提供了有力的技术支撑。

鉴于目前场地双向反射分布函数测量的非便携性和低效性，开展了基于多旋翼无人机的场地双向反射分布函数测量系统的研制。该系统主要由多旋翼无人机和可见-短波红外光谱仪组成，其中光谱仪的观测镜头由高精度无人机云台控制。光谱仪采用两个波段探测单元，整体光谱覆盖范围为400～1700 nm，两个探测单元均以平场凹面光栅分光、线阵探测器探测信号，两个探测单元的光谱分辨率分别优于3 nm和12 nm。为验证基于多旋翼无人机的场地双向反射分布函数测量系统的综合性能，利用该测量系统对敦煌辐射校正场进行了地表方向特性测量。试验结果表明，该便携式测量系统可以大大提高场地双向反射分布函数的测量效率，为场地双向反射分布函数测量的未来发展提供了有益参考。

针对温度效应会影响太阳光度计观测结果且温度校正系数难以获取等问题, 设计了一种基于热电制冷器 (TEC) 的全自动太阳光度计温控系统。介绍了自研全自动太阳光度计的整体设计，特别是温控系统设计, 并分析了温度对探测器响应的影响。最后对该全自动太阳光度计进行了野外测试, 在合肥地区与商用仪器CE318进行了同步观测比对, 测试结果表明全自动太阳光度计反演的气溶胶光学厚度与CE318校正后的结果一致, 偏差在0.01以内；在敦煌地区的长期测试结果表明, 在温度变化较大的长期野外观测中, 全自动太阳光度计温控系统均保持在 (25 ± 0.2) ℃内, 验证了温控系统设计的有效性和可靠性。

针对实验室定标周期长、长途运输影响定标精度等问题，开展了通道式辐射计ATR的现场定标方法研究。在SRBC现场定标中引入超光谱辐照度仪自动观测数据来计算天空漫射照度，利用SRBC法计算了定标系数和地表反射率，将其与人工利用ASD型光谱仪测量的地表反射率进行对比，并对地表反射率计算的不确定度进行分析。研究结果表明，SRBC法定标系数计算的ATR反射率与ASD型光谱仪测量的相对偏差优于1.4%，反射率计算不确定度优于2.78%~4.35%，SRBC法在实际应用中具有较高的精度和系统优势。将SRBC定标系数应用于卫星自动化替代定标，近3年的自动化替代定标结果与AQUA/MODIS星上定标系数具有很好的一致性，各通道单次定标相对偏差基本在5%以内，平均百分偏差优于3.58%，能很好监测跟踪卫星载荷的运行情况，验证了SRBC法的有效性和适用性。

为满足遥感器在轨辐射定标的需求，研制了用于现场测量的红外通道式野外辐射计（Infrared channel field radiometer, ICFR），阐述了ICFR的整机工作原理、光学系统设计和机械结构设计，开展了ICFR实验室辐射定标和定标不确定度分析，结果表明ICFR各通道接收辐亮度与响应DN值具有较高的线性关系，辐射定标不确定度优于0.16 K。开展了ICFR抗热冲击性和工作环境温度适应性测试，结果表明ICFR具有较强的抗热冲击能力，能够适用于−20~50 ℃的工作环境。为检验验证ICFR测量数据的准确性和仪器的可靠性，在国家高分辨率遥感综合定标场开展了ICFR和CE312的外场比对实验，结果表明两台设备测量的地表亮温具有相同的变化趋势，二者对应通道测得的平均亮温偏差小于0.1 K，标准偏差小于0.3 K，验证了ICFR具有与CE312相近的测量精度和稳定性，在遥感器热红外波段场地定标方面具有重要应用前景。