[发明专利]卫星遥感器在轨定标的光谱辐射观测与自校准方法

说明书

本发明公开了卫星遥感器在轨定标的光谱辐射观测与自校准方法，利用自动控制与采集单元切换同一光学观测系统与光谱仪在光谱辐射观测和观测自校准两种工作模式下工作，实现天空总照度、天空漫射照度、反射辐亮度、太阳直射辐照度的观测；光谱辐射观测模式，能够实现总照度与反射辐亮度探测，获得光谱辐射直接观测结果；光谱辐射观测观测自校准模式能够以两种不同观测方式实现太阳直射辐照度观测，得到观测自校准系数。本发明方法可以实现实时校准的光谱辐射观测数据，在光辐射测量、光辐射定标和卫星遥感器定标技术领域具有重要的应用前景。

技术领域

本发明涉及光辐射测量、光辐射定标和卫星遥感器定标技术领域，尤其涉及卫星遥感器在轨定标的光谱辐射观测与自校准方法。

背景技术

卫星遥感器在轨期间的性能衰变是持续的，只有通过卫星遥感器在轨定标的实时校准与校正才能有效区分地球系统的真实变化与载荷自身的衰变，实现卫星遥感器的高精度定量化遥感需求。

目前国际上基于陆地场的在轨场地定标方法有反射率基法、辐照度基法、辐亮度基法。其中，反射率基法是在定标场进行场地反射率、大气气溶胶和气象观测，经过模式计算并与卫星结果比对得到定标系数。辐照度基法是反射率基法的改进，增加了漫总比的测量，提高定标中大气透过率的数据精度。辐亮度基法是利用航空遥感器与卫星遥感器同步观测进行定标，但是涉及到飞机协调、仪器观测等问题，实施难度较大。

经过多年的发展，卫星遥感器形成了以“反射率基法”为核心的在轨定标技术流程。使用反射率基法进行卫星遥感器的绝对辐射定标，根据不确定度评估规范，计算得到的最终合成不确定度约为4.75％。根据场地定标不确定度来源的分析，反射率的测量精度对卫星在轨场地定标不确定度影响最大，必须解决反射率受测量方法、测量设备、人为因素的影响，实现反射率测量精度的提高，从而降低卫星在轨场地定标不确定度。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供卫星遥感器在轨定标的光谱辐射观测与自校准方法。就观测功能而言，该方法能够实现光谱辐射的直接观测；就自校准功能而言，该方法基于同一定标基准源，保证光谱辐射观测的实时校准，提供准确的辐射观测结果。

本发明是通过以下技术方案实现的：

卫星遥感器在轨定标的光谱辐射观测与自校准方法，利用自动控制与采集单元切换同一光学观测系统与光谱仪在光谱辐射观测和观测自校准两种工作模式下工作，实现天空总照度、天空漫射照度、反射辐亮度、太阳直射辐照度的观测；所述的光谱辐射观测模式，利用光学观测系统的积分球、反射观测单元和自动控制与采集单元、光谱仪联合实现天空总照度与反射辐亮度观测，获得天空和光谱辐射观测结果；所述的观测自校准模式，利用光学观测系统的积分球、太阳直射遮挡器、反射观测单元和自动控制与采集单元、光谱仪实现两种不同观测方式的太阳直射辐照度观测，得到观测自校准系数，实现光谱辐射的实时观测与实时校准。

所述的光谱辐射观测模式，利用自动控制与采集单元分时打开积分球上、下入光口和反射观测单元的观测镜头入光口，利用同一光谱仪获得天空总照度和反射辐亮度的光谱辐射观测结果。

所述的观测自校准模式，利用自动控制与采集单元分时测量实现基于积分球入射的天空总照度、天空漫射照度的观测和基于反射观测单元的太阳直射辐照度观测，将两者观测结果进行比对，实现观测结果的自校准。

所述的天空光辐射观测光路与反射辐射观测光路为同一个出光口，天空光辐射的观测光路为天空光辐射、积分球匀光、积分球出光口、光辐射探测，反射观测的光路为反射辐射、观测镜头、积分球匀光、积分球出光口、光辐射探测，观测中的光学链路进行自校准，辐射探测链路一致，实现光谱辐射的实时观测与实时校准。

所述的光辐射观测中的积分球顶端采用平顶设计，具有良好的余弦特性，内壁涂层材料采用聚四氟乙烯，增强匀光特性，消除偏振效应，积分球上下开口，上入光口用于接收来自半球空间的光辐射，下入光口用于接收反射的光辐射。