中国陆表稳定目标TOA反射率模型构建方法及验证——以格尔木沙地场景为例

基于伪不变定标场(PICS)的大气层顶反射率(TOA)模型直接计算卫星过境入瞳辐亮度而无需地面测量,为高频次在轨辐射定标及长期性能监测提供了有效技术手段。然而由于严格的空间均匀性、时间稳定性和大气条件要求,现有的PICS定标场均分布在境外而难以满足多在境内成像的国产陆地卫星等定标需求。借鉴PICS的定标思路,本文开展了放宽场地、大气稳定性约束条件的中国陆表稳定目标TOA反射率模型构建方法研究。以中国西北区域的格尔木沙地稳定目标为例,将约束条件放宽至场地面积>3 km×3 km、云覆盖率<60%、空间均匀性<3%、时间稳定性<10%(11年),利用11年的Aqua/MODIS与ECMWF再分析资料分析观测几何及大气参数对TOA反射率的规律性影响,引入地表/大气辐射传输模型中定义的散射角,进一步表征TOA反射率模型中地表—大气间多次散射贡献,构建了一种适用于中国陆表稳定目标的TOA反射率模型。该模型系统偏差小于-0.10%,均方根误差小于0.0084;将Sentinel-2A/B MSI和Landsat 8 OLI的TOA反射率与本文模型计算TOA反射率进行比较,模型计算TOA反射率与Sentinel2A/B MSI观测TOA反射率的平均相对误差小于1.44%,标准差小于1.59%;与Landsat 8 OLI观测TOA反射率的平均相对误差小于1.77%,标准差小于2.11%。验证结果表明本文提出模型的计算值与卫星观测值具有较高的一致性和稳定性,能够应用于其他太阳反射谱段卫星载荷的在轨辐射定标和长期辐射特性监测。

光学遥感卫星在轨绝对辐射定标:进展与趋势

在轨绝对辐射定标是光学遥感卫星数据定量化应用的前提。载荷上天后,由于星上定标基准传递链路复杂,实现难度大,而以地面目标测量为参照基准的场地定标受尺度效应、大气条件、环境变化等不确定因素影响,时至今日,遥感载荷在轨定标的精准性、一致性、可追溯性问题,仍属亟待解决的国际难题。对此瓶颈问题的突破在于利用“定标星”搭载空间辐射基准载荷,通过与其他卫星载荷同时观测目标场景的方式,将高精准的空间辐射测量基准从天基标准辐射定标系统向光学遥感业务卫星传递,并准确核算传递路径中各环节的不确定因素,保证不同遥感卫星数据产品质量的高一致、可追溯。本文从光学遥感在轨辐射定标技术需求出发,回顾了星上定标、场地定标、交叉定标、月球定标等光学遥感卫星主要在轨辐射定标方法的发展历程及技术挑战,介绍了当前国际前沿的空间辐射测量基准传递定标技术,其将可溯源至SI的辐射基准源引入少量基准卫星,通过同时观测相同地月目标场景的交叉定标方式将统一的高精度空间辐射测量基准传递至多系列卫星,在大幅度提升定标整体水平的同时,保证多源卫星数据质量的高一致性与高稳定性。

基于自动辐射定标场的高分六号宽幅载荷时序绝对辐射定标及趋势分析

卫星遥感载荷在轨绝对辐射定标对保证不同来源产品的辐射一致性和提升高分共性产品反演精度至关重要。传统基于人工同步测量的场地定标方法由于受到卫星过境时刻成像条件、地表及大气测量条件等限制,难以满足准确校正遥感载荷自身辐射性能在生命周期内变化的需求。本文针对国产高分六号宽幅载荷(GF-6/WFV)大角度观测的特点,提出了利用自动辐射定标场的GF-6/WFV载荷在轨时序绝对辐射定标方法,基于该方法可得到载荷可量化的时序绝对辐射定标结果及其不确定度,并且通过显著提升在轨定标频次实现卫星载荷辐射性能的趋势变化持续跟踪。基于该方法实现了2019年8月至2021年10月期间过境自动辐射定标场41频次的GF-6/WFV自动辐射定标且定标结果的不确定度优于5%(第7波段除外),对时序定标结果进行趋势分析得到GF-6/WFV载荷各波段辐射定标系数年变化在1.10%—4.59%;此外,以高精度在轨卫星载荷MODIS和Sentinel-2/MSI为参考的GF-6/WFV载荷第1至第4波段交叉验证结果的相对差异绝对平均值在2.12%—6.09%。说明本文方法可实现GF-6/WFV载荷的时序在轨绝对辐射定标和全生命周期辐射性能的趋势变化监测,有效支撑国产高分共性遥感产品生产和提升国产遥感数据定量化应用水平。