太阳辐射计实验室定标方法

太阳辐射计是全球AERONET站点最重要的观测设备,为获取全球气溶胶时空分布提供了大量的观测数据。研究一种直接溯源于低温绝对辐射计的高精度定标方法,可以在实验室环境条件下获得太阳辐射计的直射通道和天空漫射通道的定标系数,详细介绍了太阳辐射计实验室定标原理、实验装置,在太阳辐射计的主要工作波段扫描获得绝对光谱响应度定标曲线,并对测量结果进行了不确定度分析。结果表明,天空漫射通道的定标不确定度低于0.8%,太阳直射通道的定标不确定度低于2.06%。

发展光学遥感卫星辐射定标技术的几点思考

结合近年来光学遥感器功能增强和细化,以及高分辨、超光谱、立体成像等观测新手段的应用,讨论了光学辐射定标技术的发展思路,就新型定标技术的研发和应用提出建议与展望。

基于高光谱自动化观测设备的高分二号卫星在轨定标应用与验证

为验证高光谱自动化野外观测设备的地表反射率数据的应用效果,基于反射率基法开展了高分二号(GF-2)卫星遥感器的在轨定标数据应用及验证。首先系统介绍了设备安装定标场的状况及多种自动化观测设备的工作方式及性能指标,并给出了仪器的观测数据及地表反射率数据的计算方式。随后结合GF-2卫星遥感器定标的需求并利用卫星大气数据产品和GF-2遥感器的同步过顶观测影像,完成了GF-2多光谱相机(PMS)遥感器的在轨定标。最后根据获得的定标系数,利用不同时段的遥感器影像数据进行了验证。两种不同地表的应用验证表明,卫星表观辐亮度的数据整体相对偏差优于2%,验证了高光谱设备在卫星遥感器在轨定标上的可行性。

多波段偏振成像仪的实验室定标研究

介绍一种多波段偏振成像仪的集成设计及实验室偏振定标方案。通过可调偏振度光源验证仪器偏振定标精度,在10°视场内,当光源偏振度低于0.6时,仪器490 nm通道偏振度测量相对误差优于1.6%,670nm通道偏振度测量相对误差优于1.7%。设计了多波段偏振成像仪的系统软件,详细介绍了各个功能模块及自动化观测算法,通过敦煌辐射校正场外场试验,验证了仪器野外运行的稳定性以及系统软件设计的合理性与实用性.

基于热红外标准辐亮度计的常温黑体定标技术

常温黑体作为红外光电探测系统的定标光源，其辐亮度的不确定度直接决定了被定标红外系统的探测精度。为了提高黑体的现场定标精度，采用标准辐亮度计开展了面型和腔型结构的三种黑体的辐射定标实验研究。标准辐亮度计溯源于国家计量院标准黑体，不确定度为0.22%。通过直接测量三种黑体的绝对辐亮度，获得了辐亮度温度，并进一步导出了发射率。结果表明，三种黑体的设置温度与其辐亮度温度存在0.6~2.6 K的差异，由此产生的绝对辐亮度的不确定度达1.4%~5.5%。基于标准辐亮度计的直接定标法避免了温度和发射率测量引入的不确定度，有利于实现黑体现场系统级定标和绝对辐亮度监测。

低温绝对辐射计不同定标光路的比对实验

低温辐射计是当前光辐射功率计量的最高标准,其测量精度的评价可以通过不同低温辐射计之间的比对来完成。开展了不同定标光路的低温辐射计比对实验。实验采用中国科学院安徽光学精密机械研究所研制的陷阱探测器作为传递标准,在633 nm波段对传递探测器的光谱响应度进行了绝对标定。比对结果表明,传递探测器的绝对光谱响应度的测量一致性为3.6×10-3,定标总合成不确定度为3.3×10-4(k=1),实验结果验证了两家单位低温绝对辐射计定标系统的可靠性和高精度。

偏振相机的光学定标方案研究

偏振相机内部的多个光学表面会改变入射光束的偏振状态,并且改变的程度与入射光束的偏振态、视场角和方位角等因素有关.通过研究偏振光束与光学成像器件的相互作用,推导了考虑光学系统偏振效应的通用辐射模型,并基于辐射模型简要描述了目标偏振信息的反演方法及模型参数分离定标研究,给出了偏振相机的光学定标方案,确立了偏振相机输出与入射光束斯托克斯参量(I,Q,U)的定量关系,消除仪器自身的偏振效应,准确反演目标的偏振信息,为偏振遥感图像的定量化应用研究奠定基础。

应用于超光谱定标的光谱可调光源光学设计

针对超光谱遥感中，传统定标光源和目标光源光谱精细结构不匹配、精确度量困难，影响定标精度的难题，提出了一种基于数字微镜器件和光谱仪结构的新型光谱可调光源，并设计了该光源的光学系统。详细描述了这种光源系统的工作原理，确定了光学系统的设计方案，计算了系统的结构参数，并说明了具体的设计过程。设计结果表明：在0.4~1.0μm的设计波段上，光学系统整体性能接近衍射极限，各波长点列图RMS半径小于3.5μm，各波长MTFs在37 lp/mm空间频率处都达到0.8左右，满足设计要求。这种新型的光谱可调光源，有望提高目标光谱精细结构模拟的准确度，可利用基于标准探测器的方法进行精确度量，有利于降低超光谱遥感仪的定标不确定度。

高分辨率光学遥感卫星小目标法在轨辐射定标

辐射定标是卫星遥感信息定量化的关键技术之一。高分辨率光学遥感卫星小目标法在轨定标将目标反射率的现场测量转换为实验室高精度测量,以实际测量代替气溶胶散射特性假设,通过简化辐射传输计算获取大气透过率与遥感器入瞳辐亮度,根据遥感器系统PSF检测结果将小目标的辐射响应与背景辐射相分离,降低对场区背景环境要求的同时提高了绝对辐射定标精度。试验结果分析表明,高分辨率光学遥感卫星传感器小目标法在轨辐射定标不确定度优于3%,与大面积辐射校正场或灰阶靶标法的定标结果差异3.65%,小目标法有望在全谱段范围实现高分辨率光学遥感卫星传感器的全动态范围定标与几何检校。

中国(嵩山)固定式靶标场建设及其应用

中国(嵩山)固定式靶标场,是我国目前建成并投入使用的第一个用于星载遥感器在轨性能检测的固定式靶标场,该场地具备满足高分辨率陆地观测卫星在轨MTF、空间分辨率、响应线性度、动态范围、辐射分辨率等指标的在轨性能实时检测功能,以及相机在轨绝对辐射定标功能。介绍了中国嵩山固定式靶标场的总体设计思路、建设及其目前在高分一号卫星型号任务中的具体应用情况,并对未来中国嵩山固定式靶标场的业务化运行进行了分析与展望。

场地自动化定标技术进展

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。

高光谱成像仪交叉定标技术研究及应用

针对高光谱成像仪的在轨定标,提出三种交叉定标技术方案,分析了时相匹配、视场匹配、光谱匹配和几何匹配等交叉定标过程中的关键单元技术,结合HJ-1A/HSI、EO-1/Hyperion等开展了交叉定标算法模型验证。通过这三种技术方案的应用,与场地定标相结合,将有利于提高在轨定标的频次、快速校验场地定标系数,有效提升高光谱数据的定量化应用水平。

溯源于低温辐射计的高精度遥感器辐射定标技术

低温辐射计作为拥有10-4不确定度的辐射初级标准已经开始运用于遥感器辐射定标领域。总结了低温辐射计的高精度初级标准传递至星载遥感器的定标过程,详细介绍了标准传递链中各级标准的不确定度.通过VXR、TXR在NASA的EOS计划中的应用及国内辐亮度探测器对FY-2号的实际定标,展现了溯源于低温辐射计的定标技术广阔的应用前景.

用于气溶胶探测的偏振遥感器及其在轨定标技术

太阳辐射与气溶胶相互作用具有偏振特性,利用偏振技术研究气溶胶微物理特性比传统遥感方法更具有优势。首先介绍了定标的重要性和主要定标方法;其次介绍了用于气溶胶探测的偏振遥感器的工作原理和技术特点;再次,详细叙述偏振遥感器的在轨定标技术并分析总结其特点。最后对偏振遥感器及其在轨定标技术的发展趋势做了展望。

场景光谱模拟定标光源的设计技术

为了解决定标光源和遥感仪器观测场景中目标光谱之间的光谱非匹配问题,有效保证遥感仪器的定标精度,目标光谱模拟技术成为当前定标光源技术的重要发展方向。调研了定标领域中,场景目标光谱模拟定标光源技术的发展及应用案例。以数字微镜器件为例,叙述了一种基于空间光调制技术的目标光谱模拟定标光源的设计方法。这种新型的定标光源除了能够实现目标光谱的模拟,还可与标准探测器相结合,提高辐射度量的定标精度,在高光谱成像仪定标方面具有重要的应用前景。

参量下转换辐射定标技术研究进展

目前光学遥感器定标一般都需要建立高精度的初级标准,然后以一定的比较链传递到用户传感器,初级标准精度和标准传递环节是测量不确定度的主要来源。结合国内外近几年开展的参量下转换定标方法、理论和实验结果,指出参量下转换作为绝对辐射定标的标准光源和标准探测器的自身优势。根据参量下转换定标技术向实际应用发展的需要,介绍参量下转换辐射定标技术向宽波段、模拟探测器定标方面发展的必要性、技术难点和解决途径。

基于参量下转换的3.39μm中红外辐射源定标实验

介绍了一种新型的基于参量下转换实现红外辐射源绝对辐亮度的定标方法。参量下转换过程产生0.631μm和3.39μm波段的一对相关光子,通过测量自发参量下转换和受激参量下转换两个过程中在0.631μm波段光子的计数比值,可以获取3.39μm的单位模式平均光子数,并进一步导出红外光源的辐亮度。介绍了定标原理、实验装置,分析了主要的测量不确定性因素,定标结果表明OPO激光器光谱辐亮度的合成标准不确定优于1.18%。初步证实了通过探测可见波段光子计数实现红外辐射源的辐亮度定标的原理可行性。研究结果将有望应用于基于受激参量下转换的红外波段高精度定标以及红外OPO激光器等领域。

基于参量放大的中红外辐亮度定标技术研究

介绍了基于参量放大方法定标中红外辐射源辐亮度的原理和实验装置,推导了不同偏振态的辐射源的辐亮度和单位模式光子数关系式。实验采用大功率连续532 nm激光泵浦非线性LiNbO_3晶体,产生632.8 nm和3.34μm波长的下转换光子,利用这对可见-红外下转换相关光子对在时间、空间上的高度相关性,在红外下转换光子方向注入待测中温黑体辐射源,通过测量632.8 nm下的转换光子信号的光子计数,实现黑体辐射源在3.34μm波段光谱辐亮度的绝对定标,报道了1.53%的定标不确定度。

嵩山遥感定标场靶标反射率的自动测量方法

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。

光学遥感器星上定标米散射板特性测量与分析

为了考察米散射板光学、物理性能以及空间环境适应性,对米散射板的方向半球反射比(DHR)、双向反射分布函数(BRDF)、电阻率等进行了测量和标定,并对其做了系列空间环境试验。结果表明:米散射板在350~2000 nm波段反射率大于80%,光谱反射率每100 nm差异小于0.024,表现出较好的光谱平坦性;当光源以天顶角10°~75°照明,并0°探测时,900 nm波段BRDF平均每度变化小于5.2×10^(-4),表现出很好的朗伯性;经检测电阻率≤10^(12)Ω·cm,低电阻率可大幅度降低在轨航天环境静电充放电风险;空间环境辐照试验表明,米散射板具有很好的空间环境稳定性。综上所述,米散射板能够满足静止轨道光学遥感器星上定标需要。