星载多光谱遥感器太阳定标技术研究

利用太阳照射的漫射板在反射波段(400～2500nm)对星载多光谱遥感器进行飞行中定标是一种高精度的定标技术。文中介绍了一种以太阳照射的漫反射板为基准源的星上定标系统的工作原理及基本结构,它由漫反射板、漫反射板监视器及衰减屏几部分组成。遥感器通过其成像光学系统对漫反射板的观察实现绝对定标,漫反射板监视器用于监视漫反射板输出波段辐亮度的长期稳定性,衰减屏的合理设置则确定了系统的工作点,目的是提高定标精度及监视精度。论文重点讨论了有关这几部分的技术要求。经过分析认为:用烧结法加工的聚四氟乙烯板较好地满足了星上定标的要求;由漫反射板监视器可以获得漫反射板输出波段辐亮度及太阳常数短期内变化的信息,这对地物目标观测数据的处理有一定参考价值;结合Sea WiFS的光谱通道及海色数据对确定系统工作点的衰减屏Ⅰ的透射率进行了计算,结论是透射率0.08较为合理;为提高漫反射板监视器的监视精度,经计算,衰减屏Ⅱ的透射率选为0.02;此外,对星上定标工作模式也作了定性的探讨。     

海洋一号C/D卫星在轨交叉定标设计

为了满足定量遥感对海洋水色遥感仪器定标精度定期监测的需求,提出海洋一号(HY-1)C/D卫星在星上配置具备高光谱分辨率与高辐射定标精度的定标光谱仪的设计方法,实现对同一卫星平台载荷设备的交叉定标。根据交叉定标基本原理,给出HY-1C/D卫星在轨实现交叉定标的流程设计,指出星上定标光谱仪作为参考遥感器需要满足的设计要求,并从工程实际角度对在轨交叉定标精度进行了预估。结果表明:在轨同平台交叉定标设计能够有效提升光学遥感器之间的交叉定标精度。     

星载多光谱遥感器太阳定标技术研究

利用太阳照射的漫射板在反射波段对星载多光谱遥感器进行飞行中定标是一种高精度的定标是一种高精度的定标技术。文中介绍了一种以太阳照射的漫反射板为基准源的星上定标系统的工作原理及基本结构，它由漫反射板、漫反射板监视器及衰减屏几部分组成。     

高光谱观测卫星及应用前景

介绍了我国高分辨率对地观测系统重大专项中第一颗实现高光谱分辨率观测的高光谱观测卫星(GF-5)卫星及其应用前景。该卫星设计运行于高度705km的太阳同步轨道,装载可见短波红外高光谱相机、全谱段光谱成像仪、大气主要温室气体监测仪、大气痕量气体差分吸收光谱仪、大气气溶胶多角度偏振探测仪、大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪共6台有效载荷。卫星的光谱分辨率高且谱段全,具备高光谱与多光谱对地成像、大气掩星与天底观测、大气多角度偏振探测、海洋耀斑观测等多种观测模式,获取从紫外至长波红外(0.24~13.3μm)高光谱分辨率遥感数据;数据辐射分辨率高,载荷的光谱分辨率最高0.03cm-1,具备在轨定标功能,绝对辐射定标精度优于5%,光谱定标精度最高0.008cm-1;长波红外空间分辨率高;高码速率数传;高可靠长寿命设计。卫星入轨后将在环境综合监测、国土资源调查和气候变化研究等方面发挥重要作用。其典型应用有陆表环境综合观测、陆表局地高温及城市热岛效应监测、矿物填图、大气成分全球遥感监测和大气污染气体监测等。     

多光谱扫描仪的星上辐射定标系统

文中简要阐述目前辐射定标的三方面工作,飞行前的绝对定标,飞行中的星上定标以及飞行中利用辐射校正场的绝对定标。比较详细地阐述多光谱扫描仪星上定标系统的关键技术及采取的技术途径,介绍了内定标系统和太阳定标系统。     

“高分五号”卫星概况及应用前景展望

"高分五号"卫星是中国高分辨率对地观测系统重大专项中实现高光谱分辨率观测的卫星,运行于高度705km的太阳同步轨道,装载可见短波红外高光谱相机、全谱段光谱成像仪、大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪、大气主要温室气体监测仪、大气痕量气体差分吸收光谱仪、大气气溶胶多角度偏振探测仪等6台有效载荷,具备高光谱与多光谱对地成像、大气掩星与天底观测、大气多角度偏振探测、海洋耀斑观测等多种观测手段,获取从紫外至长波红外(0.24~13.3μm)高光谱分辨率遥感数据;载荷的光谱分辨率最高可达0.03cm~(–1),具备在轨定标功能,绝对辐射定标精度优于5%,光谱定标精度最高可达0.008cm~(–1)。卫星将在环境综合监测、国土资源调查和气候变化研究等方面发挥重要作用。     

FY-2C星辐射定标及其结果分析

介绍了风云二号(FY-2)C星发射前后红外与水汽波段的地面真空辐射定标、星上黑体定标和地面辐射校正场定标,以及可见光波段的地面太阳定标、积分球定标、地面辐射校正场定标和太阳像的原理与方法.给出了C星不同波段不同定标法的结果.分析表明,C星采用的定标方法均有效,并互为补充和验证.为进一步提高定标精度,还可对环境温度模拟、二次曲线拟合、减小积分球定标误差和光谱响应等作相应的改进.     

空间漫反射基准星的辐射传递误差分析

为了解决现有定标方法的精度和频次不高的问题,提出一种基于基准星的全谱段、全孔径的在轨绝对辐射定标方法,方法适用于可见光和近红外谱段,辐射定标中的辐射基准可溯源至SI(国际单位)。文章简单介绍了遥感器在轨绝对辐射定标不确定度,并对基准星辐射定标的原理进行了分析。结合定标辐射传递模型和定标约束条件,对基准星辐射定标的不确定度进行分析,得到辐射传递的不确定度为1.03%。分析结果对提高遥感器在轨辐射定标精度提供了理论基础。     

星载高光谱成像仪在轨偏航定标方法

高光谱成像仪以其纳米级光谱分辨率可同时获取地物的图像和光谱信息,辐射定标的精度是其定量化应用的关键环节,而偏航定标降低了对定标场地的选择要求,为高光谱成像仪在轨高频次定标提供了支撑。文章提出一种基于卫星平台90°偏航机动的高光谱成像仪在轨偏航定标方法,包括偏航数据的获取及数据处理、分析方法。基于资源一号02D卫星在轨数据对此方法进行了验证,结果表明:该方法对高光谱成像仪的相对辐射校正具有良好的效果,探测器所有像元相对辐射定标精度可达1%,原始图像中的条纹噪声得到很好去除。文章提出的方法可以实现高光谱成像仪的高频次、全视场相对辐射校正,为后续高光谱数据的定量化应用打下基础。     

稀土掺杂漫反射板星上光谱定标技术

星上光谱定标是星载光谱成像仪光谱图像数据定量化应用的基础。文章针对某光谱成像仪特点和任务要求,在中国首次选用稀土掺杂聚四氟乙烯漫反射板法对其进行星上光谱定标,并进行了地面模拟。通过寻峰处理和回归分析计算出了光谱定标方程,模拟了载荷的星上光谱定标过程,并利用汞灯标准谱线和滤光片吸收峰波长对定标精度进行了检验。     

太阳定标基准星轨道仿真设计研究

遥感卫星辐射定标是提高遥感数据辐射质量、监测遥感卫星性能变化的重要途径。首先简要介绍了遥感卫星绝对辐射定标原理,讨论了现行遥感卫星绝对辐射定标方法及其优缺点,在此基础上提出了一种基于太阳定标基准星的在轨辐射定标方法,并对太阳定标基准星的轨道设计方法进行了研究。文章针对高分二号(GF-2)卫星的轨道特点设计了满足其遥感相机定标要求的太阳定标基准星轨道模型,据此分析GF-2卫星和太阳定标基准星的轨道关系,得到遥感相机对太阳定标基准星的可见时长,验证了此辐射定标方法的理论可行性,其计算和分析结果对提高今后我国遥感卫星辐射定标精度具有参考意义。     

HJ-1B卫星红外多光谱相机星上定标精度分析

介绍了"环境一号"B(HJ-1B)卫星红外多光谱相机在轨辐射定标的目的以及星上定标的原理,分析了星上定标算法的精度。利用星上零级数据对星上定标系统的测控精度和工作稳定性进行研究,并在此基础上分析了定标数据的处理精度。HJ-1B卫星发射以来共对红外相机热红外通道进行了7次星上定标,为了监测定标系统的精度变化,文章利用MODIS-31、32通道辐亮度对HJ-1B卫星上定标系统精度进行检验,考虑MODIS传感器本身定标的不确定度恒定,分析结果表明自HJ-1B卫星发射以来星上定标系统相对精度发生了衰减。     

超光谱成像仪的实验室定标

星载超光谱成像仪是一种空间调制型干涉光谱成像仪,文章研究了一套适用于干涉成像光谱仪、具有一定精度的实验室定标方法,满足了超光谱成像仪的实验室定标要求。采用激光光源进行光谱定标,光谱定标精度优于2nm。用远距点光源光路进行CCD探测器像元响应不均匀性修正,并进一步用天空背景光或均匀平行光进行全系统光能传输不均匀修正,实现了干涉图平场,相对定标精度达到2.46%。采用太阳模拟光源和均匀平行光路,用光谱辐射度计（ASD）实现标准辐射亮度的传递进行光谱辐射度定标,绝对定标精度达到8.21%。     

DQ-1宽幅成像光谱仪发射前载荷定标技术

大气环境监测卫星作为国家民用空间基础设施规划中的科研卫星,其遥感应用需求对其载荷的定量化精度要求越来越重要。宽幅成像光谱仪作为大气环境监测卫星中的主要载荷,可获取光谱范围从可见光至长波红外(0.415~12.000 μm)的陆表和大气多光谱信息。采用45°扫描镜配合消旋系统的扫描方式,光路结构采用同轴望远镜系统,实现3个探测器焦面上21个谱段的同时对地的超宽幅高空间分辨率成像。为了准确地获取能量和仪器响应之间的定量关系,在卫星发射前开展宽幅成像光谱仪全光路、全口径辐射定标试验,分别介绍了可见到短波谱段积分球定标技术和中长波谱段热真空红外定标技术,为用户定量应用提供了良好的保障,并对定标过程中传递路径下的误差来源及精度进行分析评估。     

全谱段光谱成像仪系统设计及实现

全谱段光谱成像仪是"高分五号"卫星上的一个重要的对地观测有效载荷,具有谱段多、空间分辨率高、辐射定标精度高的特点。载荷设计寿命8年,以60km幅宽、推扫成像方式,获取地球表面0.45~12.5μm谱段范围的辐射数据。可见近红外短波谱段(B1-B6)星下点空间分辨率20m,绝对辐射定标精度5%;中长波红外谱段(B7-B12)星下点空间分辨率40m,绝对辐射定标精度1K(300K时)。该载荷集成度高、技术指标先进,使中国多光谱光学遥感器在谱段数量、空间分辨率、辐射分辨率和辐射定标精度上都有了大幅提升。文章对载荷的方案、技术特点和先进性等进行了介绍,并对后续的应用方向进行了展望。     

一种高精度半角反射镜指向机构的设计与实现

为了实现"海洋一号"C/D卫星定标光谱仪的星上太阳定标,完成星下点±30°定标区域内高精度成像,文章采用直接驱动方式设计了一种高精度半角反射镜指向机构。为了避免间接驱动引入的误差,实现角秒级的定位精度,半角机构采用了固体润滑角接触球轴承支撑,高精度分体式直流力矩电机驱动,测角反馈元件为无刷双通道旋转变压器,指向定位控制采用了基于位置反馈的闭环控制。在仿真基础上研制了等比试验件,通过了振动、寿命和温度等试验测试,机构指向和定位精度分别优于36″和18″。仿真和试验结果表明,文章提出的基于直接驱动方式的设计方法能够满足在轨指向高精度的要求,可为后续空间高精度半角机构以及类似的指向定位机构研制提供参考。     

基于深度学习的在轨辐射定标方法研究

辐射定标是将卫星传感器的计数值转化为具有物理意义的数值的关键环节。传统的在轨定标方法都是基于一天的数据,定标精度受限于当天的地面测量数据和天气情况。文章提出了一种基于深度学习的在轨定标新方法,其思想是利用定标场地的大量历史卫星影像、历史大气数据和历史光谱数据,通过对这些数据的学习和筛选,构建和真实场景最接近的定标场地模型。利用这一定标场地模型,模拟出待定标卫星成像时刻对应观测几何下的表观反射率,实现传感器的绝对辐射定标。为验证新方法的有效性,分别利用场地定标法、交叉定标法和深度学习定标法对"高分一号"卫星PMS2相机进行在轨辐射定标。结果表明,深度学习定标法的定标精度和场地定标法接近,优于交叉定标方法,且具备交叉定标方法的成本低、频率高、可实现历史数据再定标等优点,是一种比较理想的在轨定标新方法。     

"巴遥一号"卫星双相机在轨绝对辐射定标及精度分析

"巴遥一号"卫星作为中国整星出口巴基斯坦的第一颗光学遥感卫星,搭载了两台全色/多光谱高分辨率相机,每台相机全色波段的像元分辨率为1m,多光谱波段(蓝、绿、红及近红外)的像元分辨率为3m。为满足"巴遥一号"卫星双相机绝对辐射定标精度7%(2σ)的指标要求,文章采用基于灰阶靶标的绝对辐射定标方法,在敦煌定标场开展了为期56天的试验,得到了双相机的绝对辐射定标参数,然后进行定标不确定性评估并与基于大面积均匀场反射率法的MODIS结果、基于太阳-漫射板的MODIS星上定标结果进行交叉定标验证。结果表明,文中方法获取的"巴遥一号"卫星双相机定标绝对辐射精度为5.2%(2σ),满足其绝对辐射定标指标要求和定量化应用要求。     

对地观测旋转扫描辐射计星上定标系统设计

文中介绍了一种对地观测旋转扫描辐射计星上定标系统的设计。该星上定标系统由漫射板、定标灯、黑体、定标均衡装置、漫射板稳定性监测器和太阳入射角监测器等几部分组成。文中描述了该定标系统各部分的作用和功能,并针对提高星上定标精度提了几点建议。     

大气环境监测卫星方案设计与技术特点

大气环境监测卫星(DQ-1)是国家民用空间基础设施中长期发展规划中的科研卫星，其运行于705 km高度的太阳同步轨道，装载大气探测激光雷达(ACDL)、高精度偏振扫描仪(POSP)、多角度偏振成像仪(DPC)、紫外高光谱大气成分探测仪(EMI)及宽幅成像光谱仪(WSI)等5台遥感仪器，通过主动激光与被动高光谱、多光谱、多角度、偏振等手段结合，实现对大气CO2、细颗粒物、污染气体、云和气溶胶等要素，以及对大气环境、水环境和生态环境等进行大范围、连续、动态、全天时的综合监测;卫星CO2柱浓度探测精度优于1 ppm，为国际最高。卫星入轨后各分系统工作正常，在轨测试结果均满足要求，能够进一步提升我国大气环境综合监测、全球气候变化和农作物估产、农业灾害等应对能力，推动生态环境、气象、农业农村等领域遥感应用。本文概述了DQ-1卫星的总体设计方案，总结了卫星的主要技术特点及创新点，介绍了卫星系统在轨测试情况，并对卫星的应用前景进行了展望。