第36卷，第12期 2016年12月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 36, No. 12· pp4076-4081
December, 2016
基于超光谱比值辐射仪的卫星自动化场地定标与分析
刘恩超，李新，韦玮，翟文超，张艳娜，郑小兵
0国国
摘要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AquaMODIS光学避感器的通道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。关键词遥感卫星；自动化定标，超光谱辐射仪；大气光学参数；地表反射率
中图分类号：TP722
引言
文献标识码：A
DOI: 10. 3964/j. issn, 10000593(2016)124076-06
ETM十，IKONOS的定标，并与在铁路谷（RRV)进行的人工定标结果做了交支比对，两者差别最大为5%。法国国家空间技术中心（CNES)在LaCrau试验场竹设立了自动站
从“十二五”开始，我国光学遥感卫星的数量、种类和定标精度均有大幅度的提升需求。有效卫星载荷在轨期间的性能衰变是持续的，只有保证载荷得到及时的校准和校正，才能区分地球系统的真实变化与载荷自身的衰变。在目前的业务化场地定标过程中，地表参数的测量均采用人工方式，受天气条件、人力、物力的限制，目前我国的地面定标试验基本维持在每年一次的频度，低频度的定标难以提供及时和充足的样本数据以判断载荷的衰变程度，
针对光学遥感卫星高频次、高时效和高精度定标的新技术需求，采用人工方式已难以满足当前的定标需求，为此国际上提出了自动化定标的思路，采用无人值守的自动化观测设备，实现场地和大气参数的全自动观测，实现遥感卫星实时的衰减校正能力。近年来，国内外研究机构开始研发和布设自动化观测设备并开展了自动化定标应用试验，初步结果表明自动化定标可以达到人工定标的精度1-3}。
在美国航空航天署（NASA)的支持下，喷气推进实验室(JPL）采用通道式地面自动观测辐射计[1,4-5]LSpec和 CE318，并通过自动化定标试验实现了对MODIS、Landsat
收稿日期：2015-11-09，修订日期：2016-04-09
(ROSAS)，针对SPOT的各个波段，采用CEMEL公司的太阳辐射计观测地面反射和天空人射，已用于SPOT的在轨业务定标，美国业利案那大学将地面观测光谱辐射计布设在内华达州铁路谷辐射校正场（RadCaTS)8-1o]，实现了对Aqua MODIS, Terra MODIS, MISR, ASTER, Landsat7 ETM+ 和Landsat8OLI等遥感器的定标。目前，我国对自动化定标方法的研究还在起步阶段，场地定标主要采用人工操作，很难支持未来全国乃至全球卫星定标的应用需求。中国科学院安微光学精密机械研究所针对场地自动化定标的需求，已经逐步完成了超光谱比值辐射仪、自动化观测辐射计11等自动化设备的研制，并开展了自动化定标方法研究，同时，中国气象局国家卫星气象中心开展了敦煌辐射校正场自动化观测试验，于2015年建设了自动化观测基地并投人了使用，为自动化定标奠定了基础，
光学载荷场地定标技术经过近30年的发展，形成了以
反射率基法、辐照度基法为核心的基本定标方法，针对光学遥感卫星自动化场地定标的新技术需求，安徽光机所研制了一套自动化地面定标系统-超光谱比值辐射仪，实现大气一
基金项目：国家（863计划)项目（2015AA123702和安徽省自然科学基金青年项目(1508085QD80)资助作者简介万感数据985年生，中国科学院合肥物质科学研究院助理研究员
e-mail : liuech@aiofm. ac. cn