来源:Remote Sensing 发布时间:2021/5/28 18:09:03
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中科院空天信息创新研究院——微纳高光谱卫星SPARK-01/02敦煌替代辐射定标 | MDPI Remote Sensing

论文标题:Vicarious Radiometric Calibration of the Hyperspectral Imaging Microsatellites SPARK-01 and -02 over Dunhuang, China

期刊:Remote Sensing

作者:Hao Zhang, Bing Zhang, Zhengchao Chen and Zhihua Huang

发表时间:17 January 2018

DOI:10.3390/rs10010120

微信链接:https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI1MzEzNjgxMQ==&mid=2649996454&idx=

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期刊链接:https://www.mdpi.com/journal/remotesensing

2016年12月22日3时22分,科院微小卫星创新研究院联合其他相关单位共同研制的大视场光学高光谱卫星 (SPARK-01、SPARK-02),在酒泉卫星发射中心搭载碳卫星火箭CZ-2D一箭四星成功发射。作为国内少有的高光谱卫星,该卫星实现了轻量级和高性能特点,在高精度的传感器研制基础之上,相对辐射定标的精度就显得尤为重要。来自中国科学院空天信息创新研究院陈正超博士及其团队在Remote Sensing期刊发表了文章,介绍了SPARK-01和SPARK-02卫星在敦煌首次替代定标实验,该项研究对于高光谱卫星传感器定标具有重要意义。

SPARK卫星图。

研究过程与结果

作者在文中提出了一种基于一字型飞行的卫星传感器相对辐射定标方法,即将卫星偏航90°进行长条带一字型飞行成像,使每一行上的探测元观测到几乎完全相同的地物,为大视场光学卫星提供一种相对辐射定标方法。该方法包括暗电流计算和非均匀校正过程。为了验证一字型飞行相对辐射定标方法对于大视场光学卫星的实用性,作者在实验室获取了大视场相机的暗电流数据、在室外获取了大视场相机的一字型飞行数据和常规飞行数据。对于在轨的大视场高光谱SPARK卫星,作者在夜晚对深海成像进行了暗电流的获取,在尽可能均匀的区域进行了常规和一字型飞行数据。接着,作者对在轨采集的数据进行了处理,得到 SPARK 双星的相对辐射定标系数,分别为增益和偏置,增益为归一化某一个值的乘系数,偏置为暗电流数据。作者还通过对大视场高光谱卫星 (SPARK星) 进行在轨一字型飞行和夜晚深海成像的实验,对基于一字型飞行的相对辐射定标方法进行了验证,实现了图像合成后的条带的消除,很大程度上解决大视场光学卫星相对定标中均匀场景的参考物缺乏问题,为后续的大视场光学卫星相对辐射定标提供了一定的参考意义

由于缺少星上定标设备,SPARK-01和-02卫星通过2017年2月28日至3月10日在中国西部戈壁沙漠干旱的敦煌进行的定标实验实现在轨定标。在轨替代场地定标可以实现大视场光学卫星绝对辐射定标,作者此次利用标准的敦煌定标场对大视场光学卫星SPARK星进行在轨场地定标。SPARK-01和-02卫星分别于2017年3月7日和2月28日经过校准地点,作者在卫星过境期间对敦煌辐射定标场进行了反射率测量,分析了敦煌定标场地表反射率稳定性,测量了卫星过境当天的大气参数,包括气溶胶光学厚度、水汽含量、漫总比、探空气球探测的大气含量。在基于一字型飞行法的相对辐射定标后,作者利用基于反射率法、基于辐照度法和基于改进的辐照度法进行了绝对辐射定标,获取绝对定标系数。利用模拟得到表观辐亮度以及相对辐射定标后的DN值计算绝对定标系数,SPARK-01星通过基于反射率基和基于辐照度基法计算的定标系数基本相同,550–1000nm波段范围内的定标系数相对偏差保持在5%内。SPARK-02星通过基于辐照度计算的定标系数与其它二种方法计算的定标系数偏差较大,最大的能够达到 10%,这与SPARK-02 星定标当天天气有很大关系,由于有云的存在,导致大气中气溶胶假设存在较大误差,使用上行漫总比替代上行透过率的过程中存在较大偏差。

敦煌校准地点在不同日期的地面反射率。

研究总结

本文介绍了SPARK-01和SPARK-02卫星在敦煌首次替代定标实验,详细探讨了不同定标方法不确定度来源,主要包括气溶胶型假设类型的不确定性、气溶胶光学厚度测量的不确定性、水汽含量测量的不确定性、大气剖面测量的不确定性和卫星图像错配引起的不确定性。采用基于反射率基法和辐照度基法的方法,在1000 nm光谱范围内,SPARK-01的总不确定度估计分别为4.7%和4.1%。对于SPARK-02,分别使用基于反射率基法和基于改进辐照度基法的方法估计了8.1%和5.9%的总不确定度。通过使用MODIS图像对定标方法进行验证,计算精度在预期范围内。这些实验有力地支持了在替代定标实验中使用漫总比测量,以及增加直接透射率的光谱连续测量,对于高光谱卫星传感器定标非常重要。

Remote Sensing (ISSN 2072-4292, IF 4.509) 是一个国际型开放获取期刊。其期刊范围涵盖遥感科学所有领域,从传感器的设计、验证和校准,到遥感在地球科学、环境生态、城市建筑等各方面的广泛应用。Remote Sensing采取单盲同行评审,一审周期约为19天,文章从接收到发表仅需2.9天。

 
 
 
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