多目标的卫星仪器宽动态非线性定标-遥感学报.PDFVIP

多目标的卫星仪器宽动态非线性定标 1,2 1,2 1,2 王玲 , 胡秀清 , 陈林 1. 国家卫星气象中心，中国气象局，北京 100081 2. 中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室，中国气象局，北京 100081 摘要: 传统的场地辐射定标方法由于定标样本少，难以覆盖遥感器动态范围，且不能发现仪器辐 射响应是否存在非线性特性。针对这一问题，本文提出了基于多种亮暗等级的地球稳定目标（盐 湖、沙漠和海洋）的卫星传感器宽动态非线性辐射定标方法。该方法以MODIS 和NCEP 数据产品 作为稳定目标的地表特性、大气状况的先验知识库，利用大气辐射传输模型计算的多个稳定目标 的大气层顶辐射值为定标基准，以二次多项式为定标方程，实现宽动态的非线性辐射定标，并以 Aqua/MODIS 观测值作为参考，对定标基准的精度进行评估。结果显示，对于反射太阳波段，辐 射传输模型的计算值与MODIS 观测值间的偏差均值在2% 以内。最后，以气象卫星遥感器MERSI 为例，基于 2014 年在稳定目标上空获取的大量定标样本,对其反射太阳通道的辐射响应特性进行 研究，从而确定辐射定标方案和辐射定标方程的系数，然后采用敦煌试验场的同步实测数据对定 标结果进行验证。结果表明，除了940 nm 的水汽强吸收通道，其他通道的定标精度基本在5% 以 内。 关键词: 辐射定标; 稳定目标; MERSI; MODIS ; 非线性 中图分类号: TP701 文献标志码: A 1 引 言 卫星遥感以其快速、大面积、长期重复观测等独特优势，成为研究全球资源、环境和气候变化的重要 手段。在这些研究领域中，科学家们更关注卫星观测资料所反映的地-气系统反射和辐射的绝对物理量。这 对遥感信息由定性走向定量提出了迫切需求，而辐射定标是实现遥感信息定量化的基本前提( 田庆久等, 1998; Smith 等, 2002; 顾行发等, 2013) 。 卫星仪器在轨运行期间辐射定标的方法主要有星上定标和在轨替代定标。我国的卫星普遍没有搭载反 射太阳谱段的星上定标系统(唐军武等, 2005) ，即使有，如中分辨率光谱成像仪MERSI ( 胡秀清等, 2009; 2012; 孙凌等, 2013) ，星上定标器也会因为恶劣的太空环境和强烈的太阳辐射等因素产生一定程度的衰减，不适 合作为卫星辐射定标的基准源(高彩霞等, 2013) ，只能依靠在轨替代定标的方法更新定标系数。经过 20 多 年的努力，该领域的学者提出了许多替代定标方法，包括场地定标法、交叉定标法和稳定目标定标法(孙凌 等,2013; Dinguirard 和Slater, 1999; Chander 等, 2010) 。其中，场地定标法是一种有效且广泛应用的辐射定标 方法。近年来，韩启金等(2013; 2015) 提出了高分卫星多场地宽动态辐射定标的概念，以解决现有单场地定 标的动态问题。但是该方法只有高- 中-低三种定标场，样本数量有限，难以很好地描述仪器辐射效应是否存 在非线性特性，且需要开展大量的场地同步测量，比较费时、费力，定标频次有限（如一年 1~2 次），难 以实现高频次的定标(Chander 等, 2010;孙凌等，2013) 。稳定目标定标法既可避免场地定标中需要进行卫星 同步测量的问题，也可弥补交叉定标中需要依赖其他卫星传感器的不足，具有成本低、定标频次高等优势， 是未来辐射定标的一个发展趋势(巩慧等, 2010 ）。但是，目前这方面的研究工作主要侧重对遥感器辐射响 应变化跟踪监测的相对辐射定标(Masonis 和Warren, 2001; Kim 等, 2013)，绝对辐射定标方面的研究较少。 2004 年，Govaerts 等(2004)在这一方面开展了初步的研究工作，并应用在静止气象卫星 Meteosat 的绝对辐 射定标中，对于红-近红外波段定标精度约为 3% 。之后却鲜见这方面的研究，直到最近，Helder 等(2013) 基于Libya4 沙漠目标，使用Terra/MODIS 和EO- 1/Hyperion 建立了一个简化的经验辐