遥感25号无场化相对辐射定标

遥感25号是中国首颗高敏捷亚米级高分辨率光学遥感卫星。常规的偏航相对辐射定标利用卫星或相机偏航90°对地面均匀场进行成像,使得传感器所有探元获取相同的入瞳辐射亮度,实现卫星传感器的相对辐射定标。但拍摄单一地物均匀场并不能实现卫星传感器全动态范围的辐射定标,并降低了该方案的应用效率。本文针对中国遥感25号卫星,提出了不依赖于地面均匀场的无场化偏航辐射定标方法实现遥感25号的高精度高频次相对辐射定标;同时在偏航辐射定标数据处理中提出基于line segment detector(LSD)算法偏航定标数据规定化方法,确保偏航辐射定标图像每一行数据为传感器所有探元对同一地物的成像;采用传感器探元直方图规定化的方法实现遥感25号全动态范围相对辐射定标参数解算。利用遥感25号偏航辐射定标数据进行辐射定标试验并与传统在轨统计辐射定标进行对比,结果表明遥感25号经偏航辐射定标后所有探元平均条纹系数优于0.07%,图像上各种条纹条带噪声以及残余条带噪声得到较好去除,无场化偏航辐射定标方法优于传统在轨统计辐射定标方法。     

高分五号可见短波红外高光谱相机在轨辐射性能评估

对遥感器及其图像的在轨辐射性能(信噪比、相对辐射定标精度、绝对辐射定标精度和动态范围)评估是检验遥感器定量应用能力的重要任务之一。本文结合高分五号卫星可见短波红外高光谱相机AHSI (the Advanced Hyperspectral Imager)在轨性能评估任务,依据卫星发射以来的在轨测试数据,介绍了AHSI相机在轨辐射性能评估的原理、方法及相应测试情况。测试结果表明:AHSI信噪比可见近红外最高达到近700,短波红外最高达到近500;相对辐射定标精度误差小于0.5%,星上绝对辐射定标不确定度小于3%,场地绝对辐射定标真实性检验精度误差小于5%;动态范围在轨可见短波均可以256档增益精细调整。AHSI在轨辐射性能良好且稳定,能够有效支持后续定量化应用需求。     

敦煌场地CBERS-02 CCD传感器在轨绝对辐射定标研究

对资源一号卫星02星（CBERS-02）,为深入其定量化分析,定期在敦煌绝对辐射校正场地进行了地面同步测量,开展了更新在轨绝对辐射定标研究。另外,运用地表反射率和大气光学特性参量数据,计算出CBERS-02CCD传感器4个波段的绝对辐射标定系数。同时,利用2004年8月25目的Landsat-5 TM图像数据对CBERS-02 CCD传感器的辐射特性进行交叉定标,验证分析了CBERS-02 CCD传感器场地绝对辐射定标的基本特性及其可靠性。另外,为CBERS后续星的传感器改进,提供了分析参量。     

CBERS-02 CCD和SPOT-4 HRVIR1两个传感器的敦煌场地在轨绝对辐射定标及对比分析

中国资源卫星应用中心于2005年8月，利用敦煌场地分别对CBERS-02CCD和SPOT-4 HRVIR1两个传感器进行在轨绝对辐射定标。本文对此次地面同步测量数据进行了处理分析，基于反射率法计算出了CBERS-02CCD和SPOT-4HRVIR1两个传感器各波段的定标系数。其中，SPOT-4HRVIR1的定标结果与法国官方8月份提供的定标系数相比，差异在6％内，满足法方对绝对辐射定标精度的要求。此外，应用定标系数分别将两个传感器的图像数据反演成地表反射率图像，对它们进行了对比分析。     

基于可展开式太阳漫反射板的星上相对辐射定标

相对辐射定标的目的是降低或消除由于探测元件之间响应差异引起的图像高频竖向条纹或条带噪声,是遥感数据定量化应用的前提与基础。针对可展开式太阳漫反射星上定标装置,本文提出利用漫反射板收拢过程一次成像的星上相对辐射定标方法。通过卫星机械结构驱动漫反射板收拢调整传感器入瞳处太阳入射能量,获取覆盖传感器全部灰度动态范围的星上定标图像,采用直方图匹配算法解算相对辐射定标系数。为了验证本文提出的方法,利用在轨运行的吉林一号光谱星多光谱仪进行星上相对辐射定标实验,测试定标系数对原始图像的校正效果并定量分析相对辐射定标精度,实验结果表明定标系数能够有效消除全色与多光谱谱段地物原始图像的竖向高频条纹与条带噪声,定量分析的结果表明本文提出的方法在传感器灰度响应的全动态范围均能达到较好的校正效果,谱段相对辐射定标精度优于2%,为卫星在轨运行期间进行定量化遥感应用提供可靠保障。     

采用辐照度基法对FY-1C气象卫星可见近红外通道进行绝对辐射定标

介绍另一种在轨卫星传感器绝对辐射定标——辐照度基法定标,并利用敦煌辐射校正场对FY-1C卫星可见近红外通道进行定标。通常的反射率基法定标,表观反射率计算的一个重要误差来源是对气溶胶散射的近似计算。辐照度基法定标采用实际测量的漫射与总辐射比来代替辐射传输计算的气溶胶散射。利用该方法对FY-1C卫星的5次定标结果表明,大部分日期辐照度基法和反射率基法定标结果非常吻合,肯定了辐照度基法的正确性,但在气溶胶含量较大时,辐照度基法提高定标精度的优点显现出来,能够减少辐射传输模式对气溶胶散射计算带来的误差,提高最终的绝对辐射定标精度。     

多光谱相机基于灰阶靶标的在轨绝对辐射定标

多光谱相机在轨绝对辐射定标是其遥感数据定量化应用的关键环节。高空间分辨率多光谱相机基于大面积灰阶靶标的在轨辐射定标, 以灰阶靶标BRDF、漫射/总辐射比和大气光学厚度等参数的地面测量为主, 通过目标反射辐射与大气程辐射、周围环境辐射的分离, 消除了对气溶胶散射的假设, 简化了定标流程, 突破了基于大面积均匀场定标受到的地理位置和天气状态等条件限制, 该方法有望实现高空间分辨率多光谱相机全动态范围内的高频次、高精度业务化在轨辐射定标。不确定度分析表明, 目前该辐射定标方法可实现4.7%的不确定度, 将来有望提高到3%—4%的水平。对天绘一号多光谱相机进行了基于大面积灰阶靶标的定标试验, 通过两次过顶时刻地面总辐照度变化的比较及靶标观测值的回归分析, 初步判断两次定标时间内多光谱相机波段3的性能发生了变化。     

星载多相机拼接成像传感器在轨辐射定标方法

星载传感器在轨辐射定标是定量遥感的核心和基础,其定标精度将直接决定定量遥感产品的质量。但是对于多相机拼接成像传感器而言,现有在轨辐射定标方法无法实现各相机绝对辐射定标与相机间相对辐射校正的一体化处理。因此,本文以高分一号(GF-1)卫星宽视场(WFV)传感器为例,提出了一种基于改进型辐射区域网平差的在轨辐射定标方法。该方法首先利用传统的交叉定标方法获取WFV传感器各相机的辐射控制点信息,然后在同轨相邻相机影像重叠区域中提取辐射连接点信息,最后在考虑相机间相对辐射校正与绝对辐射定标之间的耦合关系后,采用整体平差的方式同时获取各相机在轨绝对辐射定标系数及辐射约束条件方程参数。试验结果表明采用该方法获得的各波段在轨绝对辐射定标系数的相对误差均优于9.34%,同时利用该定标系数能够实现同轨相邻相机影像间相对辐射校正处理,其重叠区域各波段表观辐亮度差异绝对值的平均值均小于1.63 W·m~(-2)·sr~(-1)·μm~(-1)。     

海洋一号D卫星海岸带成像仪偏航90°相对辐射定标

海洋一号D (HY-1D)卫星搭载了一台海岸带成像仪CZI (Coastal Zone Imager),由两台三反离轴相机组成,成像仪同时采用了视场拼接和光学拼接两种拼接方式。由于CZI高达63°的视场角,相机边缘畸变明显,其所成偏航90°影像存在明显的非线性畸变。本文针对HY-1D卫星海岸带成像仪的结构特点,提出了一种基于探元邻接关系的偏航数据自动标准化方法,有效地改善了海洋一号海岸带成像仪偏航图像非线性畸变的问题,保证了线阵电荷耦合器件CCD (Charged Coupled Device)探元对同一地物成像的理论前提。利用HY-1D海岸带成像仪偏航90°辐射定标数据计算获得相机相对辐射定标系数,对卫星正常推扫影像进行相对辐射定标实验,并利用在轨统计法进行对比实验。使用本文方法利用偏航辐射定标数据进行相对辐射定标后,陆地场景下传感器所有探元最大条纹系数优于0.33%,平均条纹系数优于0.04%,中位数条纹系数优于0.03%;海洋场景下传感器所有探元最大条纹系数优于0.48%,平均条纹系数优于0.07%,中位数条纹系数优于0.06%,各项指标均优于基于大量数据统计的在轨统计法。实验结...     

基于格尔木沙漠场景的MODIS传感器在轨辐射定标

高精度在轨辐射定标对于卫星遥感定量化产品生产至关重要。本文基于格尔木沙漠场景,通过星地同步实验,获取场地定标所需参数,在考虑地表双向反射特性后,结合6S辐射传输方程,完成对MODIS/Terra和MODIS/Aqua传感器的在轨辐射定标。结果表明,本文获得的蓝、绿、红和近红外波段定标结果与MODIS官方公布的星上定标结果具有较高的一致性,最大相对差异优于6.68%,这将为我国新建辐射定标场地提供重要信息支持。     

卫星光学传感器全过程辐射定标

光学传感器全过程定标,就是对传感器从研发到使命终结整个过程的检测与定标,它包括在传感器研制过程中在实验室利用人工源和室外自然源对其辐射特性进行检测和定标,也包括建立与传感器一起工作的星上定标系统装置,以便当卫星发射升空传感器开始正常工作后,定期地应用星上定标系统对传感器响应的变化进行相对或绝对的定标,全过程定标同时包括在轨运行期间采用基于陆地(或海面)特性的“替代定标”,或借助其他卫星进行的“交叉定标”,最终依据定标结果来确定传感器使命的终结。全过程定标是一个系统实验过程,提高传感器应用效益是其目的,提高定标精度是目标,标准及标准传递是贯穿全过程定标的主线,为此而发展的定标系统和方法是全过程定标的技术支撑,本文作者及其研究室的工作涉及上述全过程的内容,本文首次将全过程定标所涉及的内容系统地予以阐述。提高定标的精度不仅要从系统硬件构成上考虑,如高精度低温绝对辐射计、传递标准探测器、积分球、标准板等,更需要从方法和实验上解决问题,如标准传递过程误差源的分析与控制,大气空间中辐射传输衰减校正模型以及相关的实验等。     

航空遥感载荷验证靶标设计与光学特性测量

从航空遥感载荷综合验证场的功能需求出发,于2008 年—2009 年设计并研制了一套用于光学遥感载荷几何性能评价、辐射定标、光谱定标的人工靶标,包括三线阵靶标、扇形靶标、辐射特性靶标、MTF靶标、光谱性能评价靶标5类.该套靶标采用可重复使用、可清洗、可拼接的材料,适用于航空遥感高分辨率、灵活机动的特点.为了检验靶标的光学特性能否满足定标要求,2010 年11 月对辐射特性靶标、MTF靶标和光谱特性评价靶标进行了飞行同步光谱测量和BRF测量.野外实验结果表明,该套靶标的光谱平坦性、朗伯性、对比度均符合定标场的要求,可以用于航空传感器定标实验与相关应用.     

“天绘一号”卫星测绘相机在轨几何定标

卫星在空间环境运转过程中, 测绘相机的几何参数会发生不可预估的变化, 从而对摄影测量定位精度和数据处理精度产生影响。因此, 所有测绘卫星都对星载相机的几何参数进行在轨定标, 监测相机几何参数在轨运行状态下的变化情况。本文着重介绍了“天绘一号”卫星在轨几何定标的内容和采用的方法。     

Landsat系列卫星光学遥感器辐射定标方法综述

Landsat系列卫星自1972发射以来,已经连续提供了40多年的中等分辨率多光谱遥感数据,广泛应用于农业、水资源管理、灾害响应等领域。目前,很多研究人员开始考虑利用这些数据开展中分辨率尺度的长时间序列地表定量信息监测,更加精细地反映局地甚至全球气候变化。开展这些研究的前提在于对数据进行辐射定标,并通过不同卫星的交叉辐射传递保证数据辐射精度的一致性。从Landsat 1到Landsat 8,随着遥感器性能和数据获取能力的提升,辐射定标方法不断更新,涉及发射前实验室定标、内定标灯方法、全孔径太阳定标器方法、交叉定标方法、场地定标方法等。本文在对Landsat系列卫星的遥感器性能进行分类、归纳、对比的基础上,系统梳理了Landsat系列卫星遥感器辐射定标方法发展过程以及不同定标方法的优缺点,特别是对定标精度的影响。Landsat系列卫星辐射定标的发展过程为遥感数据高精度定量化应用提供了非常重要的基础,未来辐射定标方法不但要随着新型遥感器研制而更新,更要注重多源遥感数据的交叉验证以及全过程辐射定标方法的完善与应用,保障遥感数据辐射定标精度的一致性。     

无地面控制点条件下卫星摄影测量的发展与现状

无地面控制点条件下, 卫星摄影测量研究与工程实践是世界各国在该领域中所面临的研究难点之一。本文介绍了在无地面控制条件下光学卫星摄影测量的研究发展和工程实践历程, 并对中国“天绘一号”卫星获取的影像实测结果进行分析, 结果表明, 中国在无地面控制条件下的卫星摄影测量研究与工程实践已居于国际领先地位。     

光学有效载荷高精度绝对辐射定标技术研究

随着多波段、多平台、高光谱分辨率遥感仪器的迅速发展,要求光谱辐射定标技术具有前所未有的高精度和长期测量稳定性。目前,传统辐射定标方法的精度已逐渐难以满足定量遥感应用的需求。本文提出了一种新型基于辐亮度标准探测器的高精度光谱辐射定标先进方法和技术,由于该方法可直接溯源至低温绝对辐射计,其绝对精度和长期稳定性优于传统的基于标准光源法,是提高中国目前光学遥感器实验室、星上和场地替代定标精度的有效途径。该方法已两次成功应用于中国“FY-2”气象卫星04和05星发射前外场定标,实际应用效果表明,它能够有效提高中国卫星遥感器的外场定标精度,对改善中国当前卫星遥感器各阶段定标精度,具有潜在的应用价值。     

“天绘一号”传输型摄影测量与遥感卫星

介绍了“天绘一号”卫星的总体方案、技术特点、研制历程和应用概况, 重点介绍了“天绘一号”卫星的技术特点和应用前景, 以便用户了解、熟悉“天绘一号”卫星, 更好使用其各种影像产品, 更好发挥卫星的应用效能。“天绘一号”卫星摄影定位与测图系统采用LMCCD(Line Matrix Charge Coupled Device)测绘体制, 由前视、正视和后视3台全色CCD相机, 3台星敏感器以及1台GPS接收机组成;其中正视相机焦平面上还设计有4个小面阵CCD器件, 用于提高摄影定位的高程精度。卫星摄影测量基高比为1。卫星通过一个高强度、高刚度和高稳定度的测绘光学平台, 将3台测绘相机、3台星敏感器和1台多光谱相机集成为一体, 满足了测绘任务对星敏感器与相机间几何角度关系的高精度及高稳定度要求。在轨测试结果表明, 卫星摄影定位精度优于任务指标要求, 可满足无地面控制点条件下测制全球1:50000比例尺地图要求。     

数传通道遥测数据处理方法研究

天绘卫星在轨运行期间, 星务数据存储模块负责存储整星遥测数据, 并协同相机数据通过数传通道传到地面。本文根据数传通道遥测数据的格式, 提出一种处理遥测数据的方法, 该方法从地面站接收数传通道下传数据, 提取出整颗星遥测数据, 并通过电气地面支持设备对在轨遥测数据进行处理, 便于后期对整星遥测数据的分析。     

中国资源卫星绝对辐射校正场

概述了有关绝对辐射校正场的国内外发展状况,分析了我国敦煌及青海湖两个辐射校正场的地理、地物、气象、大气和环境等特征的优点和不足,并对今后在场地的运作中如何扬长避短提出了工作建议。