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。

基于超光谱比值辐射仪的卫星自动化场地定标与分析

针对我国光学遥感卫星高频次和高精度定标的技术需求,以及目前人工方式进行定标的不足,调研国内外卫星定标的发展现状,研制了超光谱比值辐射仪自动化定标系统,并开展了卫星传感器自动化定标的试验。根据场地定标中的参数需求与自动化定标的目标,比值辐射仪设计积分球测量光谱总照度,并通过遮挡的方式实现了光谱漫照度测量,获得卫星定标中的漫总比数据;同时,辐射仪利用光学镜头的方式实现地面辐亮度测量,实现了大气-地表辐射特性的自动观测,同时仪器集成了定标数据实时预处理和远程传送等功能。在2015年敦煌辐射校正场试验中,辐射仪得到了理想的应用效果并获得了大气光学参数、地表反射率的数据,为卫星传感器的定标提供了数据支持。经过与传统测量仪器的对比,地表反射率的相对偏差在0.5%~1.5%,大气参数中光谱辐照度的绝对偏差小于5%,漫总比的绝对偏差不大于0.015%。采用辐照度基法利用测量的数据对Aqua MODIS光学遥感器的通道1~5进行了场地定标,通道1~4的对比相对偏差小于1%,通道5的偏差结果为7.24%,验证结果满足了卫星传感器自动化定标的初步需求。

基于自动化方法的光学载荷定标跟踪

为了实现对光学传感器在轨性能的连续监测,文章使用敦煌场地的自动化观测数据对"风云三号"卫星可见光红外扫描辐射计(Visible and Infrared Radiometer,VIRR)近三年的数据进行了连续定标跟踪,推算VIRR各通道的定标斜率,基于敦煌辐射校正场自动化观测的定标相较于传统现场试验定标方法具有明显提高定标频次优势。采用搭载于Aqua卫星的高精度的中分辨率成像光谱仪(Aqua Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,Aqua MODIS)观测对自动观测定标方法进行精度验证,表明该方法在可见光近红外(Visible and Near Infrared,VNIR)具有3%的定标精度,在短波红外(Short Wave Infrared,SWIR)具有5%的定标精度。将该方法的结果与业务多场地方法的结果进行比较,在3年尺度上均值相对偏差整体低于2%。对VIRR的跟踪结果表明:基于场地自动化观测能够实现长期定标监测,可将该方法推广应用于其他卫星光学载荷以真正实现多载荷的场地自动化定标业务化。

敦煌辐射校正场太阳光度计现场定标

为保证卫星在轨自动化定标中气溶胶光学特性观测的精度,针对基于相对稳定大气条件的Langley定标和基于高精度参考仪器的交叉定标,开展了辐射校正场太阳光度计的现场定标技术研究.定标结果表明高精度太阳光度计Langley定标和交叉定标与CE318太阳光度计反演的气溶胶光学厚度最大偏差分别在0.015和0.01以内.计算分析了大气条件、仪器参数等对现场定标的影响,将定标后的仪器和CE318太阳光度计放在青海湖同步比对观测,气溶胶光学厚度最大偏差在0.01以内.敦煌辐射校正场太阳光度计现场定标误差对卫星在轨定标的影响不超过0.21%,表明定标结果能够满足卫星在轨自动化定标的精度要求.

连续光谱地表反射特性自动观测辐射计的光机设计

介绍了连续光谱地表反射特性自动观测辐射计(SCR)的光机系统设计.SCR辐射计的光谱范围为400~2 400 nm,能够实现地表反射率的长期自动观测.所设计的SCR辐射计使用经过定标的漫反射参考板作为反射率标准,漫反射参考板通过转臂自动切入、切出测量光路.为保证参考板在野外的长期适用性,设计了参考板清洁机构.对易发生失效的转臂进行静力学分析.结果表明:转轴位置会发生应力集中,且距离转轴位置越远,变形量越大,变形引起的参考板水平误差在0.3°以内,满足应用需求.为验证SCR辐射计测量数据的准确性和仪器的可靠性,设计了SCR辐射计和SVC光谱仪的比对试验.试验结果表明:两台仪器所测量的反射率具有相同的变化趋势,二者偏差普遍在±1%以内,最大偏差在±3.5%以内.SCR辐射计能够实现较高精度的反射率数据自动测量,在卫星遥感器外场自动化定标和高频次定标方面具有重要应用前景.

基于敦煌辐射校正场的自动化辐射定标方法

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%。