陳軒 梅強(qiáng) 齊文雯 徐鵬

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空間漫反射基準(zhǔn)星的輻射傳遞誤差分析

陳軒1,2梅強(qiáng)1,2齊文雯1,2徐鵬1,2

（1 北京空間機(jī)電研究所，北京 100094）（2 先進(jìn)光學(xué)遙感技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100094）

為了解決現(xiàn)有定標(biāo)方法的精度和頻次不高的問(wèn)題，提出一種基于基準(zhǔn)星的全譜段、全孔徑的在軌絕對(duì)輻射定標(biāo)方法，方法適用于可見(jiàn)光和近紅外譜段，輻射定標(biāo)中的輻射基準(zhǔn)可溯源至SI（國(guó)際單位）。文章簡(jiǎn)單介紹了遙感器在軌絕對(duì)輻射定標(biāo)不確定度，并對(duì)基準(zhǔn)星輻射定標(biāo)的原理進(jìn)行了分析。結(jié)合定標(biāo)輻射傳遞模型和定標(biāo)約束條件，對(duì)基準(zhǔn)星輻射定標(biāo)的不確定度進(jìn)行分析，得到輻射傳遞的不確定度為1.03%。分析結(jié)果對(duì)提高遙感器在軌輻射定標(biāo)精度提供了理論基礎(chǔ)。

絕對(duì)輻射定標(biāo) 基準(zhǔn)星 輻射基準(zhǔn)傳遞 不確定度 航天遙感

0 引言

在軌絕對(duì)輻射定標(biāo)是遙感器入軌后需要不斷完善的工作，是遙感衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)的前提。輻射定標(biāo)發(fā)展的過(guò)程，從實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)——場(chǎng)地定標(biāo)（包含交叉定標(biāo)）——星上定標(biāo)器定標(biāo)——穩(wěn)定的自然輻射源定標(biāo)（基準(zhǔn)星定標(biāo)、月球定標(biāo)），是一個(gè)從地面研制階段向在軌全壽命周期發(fā)展的過(guò)程，也是遙感器定標(biāo)精度質(zhì)變的過(guò)程。隨著在軌衛(wèi)星數(shù)量和空間活動(dòng)的不斷增加，對(duì)地觀測(cè)的頻率和遙感數(shù)據(jù)量也不斷增加，提高遙感器輻射定標(biāo)精度已迫在眉睫[1]。

當(dāng)前，遙感器的在軌絕對(duì)輻射定標(biāo)多采用場(chǎng)地定標(biāo)方法[2]，利用均勻的、變化率小的地面校正場(chǎng)，對(duì)遙感器進(jìn)行定標(biāo)，原理簡(jiǎn)單且可行性高，定標(biāo)不確定度在5%左右，但該方法受大氣條件和地物特征影響較大，定標(biāo)精度難以進(jìn)一步提高；太陽(yáng)漫反射板定標(biāo)[3-4]是在特定時(shí)刻，遙感器接收漫反射板反射太陽(yáng)輻射能，實(shí)現(xiàn)在軌定標(biāo)，不確定度優(yōu)于3%，但漫反射板增加平臺(tái)質(zhì)量，易受衛(wèi)星排出物污染，通過(guò)輻射基準(zhǔn)傳遞方式、漫反射板研制等方面改進(jìn)，定標(biāo)精度仍有提升空間。

研究人員圍繞輻射基準(zhǔn)溯源和定標(biāo)不確定度分析做了大量研究，文獻(xiàn)[5]建立了以空間低溫輻射計(jì)為輻射初級(jí)基準(zhǔn)，太陽(yáng)作為光源，具備在軌溯源能力的遙感器輻射定標(biāo)傳遞鏈路，輻射基準(zhǔn)傳遞不確定度為0.75%；文獻(xiàn)[6]提出在明確輻射精度的約束條件下計(jì)算精度，可提高遙感器輻射定標(biāo)精度的橫向可比性，給出在不同譜段遙感器絕對(duì)輻射定標(biāo)精度計(jì)算方法；文獻(xiàn)[7]提出一種大視場(chǎng)可見(jiàn)光近紅外的全光路全視場(chǎng)的在軌輻射定標(biāo)方法，絕對(duì)輻射定標(biāo)精度優(yōu)于5%；文獻(xiàn)[8]針對(duì)傳統(tǒng)遙感器太陽(yáng)漫反射板定標(biāo)方法進(jìn)行研究，首次提出星上定標(biāo)時(shí)機(jī)的選擇，并對(duì)定標(biāo)的不確定度進(jìn)行分析，不確定度優(yōu)于2.04%。

針對(duì)上述研究情況，提出一種基準(zhǔn)星（Proper Satellite，PS）輻射定標(biāo)方法。根據(jù)TRUTHs計(jì)劃[9]和漫反射板定標(biāo)的研究思路，選取太陽(yáng)作為輻射傳遞初級(jí)基準(zhǔn)，建立可溯源至SI（國(guó)際單位）的輻射基準(zhǔn)傳遞，實(shí)現(xiàn)高精度、高頻次的基準(zhǔn)星輻射定標(biāo)。本文介紹了在軌輻射定標(biāo)誤差分析方法，結(jié)合基準(zhǔn)星定標(biāo)輻射傳遞模型和定標(biāo)約束條件，分析了由各定標(biāo)誤差源引起的不確定度，并給出不確定度的預(yù)估。

1 在軌輻射定標(biāo)精度分析

遙感器在軌定標(biāo)精度計(jì)算是通過(guò)比對(duì)目標(biāo)的絕對(duì)輻亮度值與遙感器對(duì)目標(biāo)輻亮度測(cè)量值之間差異得出。在遙感器輻射響應(yīng)關(guān)系為線性的前提下，定標(biāo)表達(dá)式為

式中為輻亮度；為遙感器絕對(duì)定標(biāo)系數(shù)；DN0為遙感器輸出的零位計(jì)數(shù)值；DN為遙感器圖像的數(shù)字計(jì)數(shù)值。

基準(zhǔn)星作為待定標(biāo)衛(wèi)星的二次光源，入射到遙感器入瞳處的輻亮度為c，相應(yīng)的信號(hào)輸出為DNc；測(cè)量特定目標(biāo)，遙感器入瞳處輻亮度為t，測(cè)量目標(biāo)的輸出信號(hào)為DNt，則

在假定經(jīng)過(guò)暗電流校正的條件下，對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，則有

基準(zhǔn)星絕對(duì)輻射定標(biāo)的不確定度可由定標(biāo)過(guò)程中的合成不確定度表示

簡(jiǎn)化后，得出

2 基準(zhǔn)星輻射定標(biāo)系統(tǒng)

基準(zhǔn)星輻射定標(biāo)系統(tǒng)（Proper Satellite Radiometric Calibration System，PSRCS）由地心坐標(biāo)系下的太陽(yáng)和位于太陽(yáng)同步軌道的基準(zhǔn)星、待定標(biāo)衛(wèi)星組成，如圖1所示?；鶞?zhǔn)星定義為一顆或多顆搭載著漫反射板反射體的衛(wèi)星。輻射傳遞過(guò)程為：通過(guò)反射和衰減太陽(yáng)輻射能，基準(zhǔn)星將合適強(qiáng)度的能量間接引入待定標(biāo)遙感器入瞳處，實(shí)現(xiàn)在軌絕對(duì)輻射定標(biāo)。太陽(yáng)作為定標(biāo)輻射初級(jí)基準(zhǔn)，輻射傳遞可實(shí)現(xiàn)在軌溯源至SI。定標(biāo)輻射傳遞擺脫大氣傳輸路徑，避免了大氣條件引起的不確定度，顯著提高在軌絕對(duì)輻射定標(biāo)精度。

2.1 定標(biāo)輻射傳遞模型

基準(zhǔn)星輻射定標(biāo)針對(duì)可見(jiàn)近紅外譜段，根據(jù)普朗克黑體輻射原理及輻射距離平方反比定律[10]，得到太陽(yáng)輻射出射度和入射到基準(zhǔn)星漫反射板表面的輻照度PS

式中1為第一黑體輻射常數(shù)；2為第二黑體輻射常數(shù)；SP為太陽(yáng)與基準(zhǔn)星的相對(duì)距離；sun為太陽(yáng)半徑；為太陽(yáng)平均溫度；為波長(zhǎng)，1~2為任意連續(xù)譜段。太陽(yáng)等效為一個(gè)5 800K的黑體，為了降低定標(biāo)輻射基準(zhǔn)源的不確定度，結(jié)合現(xiàn)有太陽(yáng)輻照度數(shù)據(jù)庫(kù)，利用太陽(yáng)光譜儀，對(duì)太陽(yáng)輻照度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

漫反射板反射特性是用漫反射定律（朗伯反射）來(lái)描述，即以雙向反射率分布函數(shù)（BRDF）來(lái)描述[11]，漫反射板可視為由不同的小面元組成。假設(shè)定標(biāo)過(guò)程中，待定標(biāo)遙感器的視軸方向始終保持垂直于漫反射板表面。計(jì)算出待定標(biāo)遙感器接收的基準(zhǔn)星反射的輻亮度為RS[12]

式中SP為太陽(yáng)光入射在漫反射板的入射角，即太陽(yáng)入射光線與漫反射板法線的夾角；PR為待定標(biāo)遙感器在漫反射板的出射角，即遙感器視軸與漫反射板法線的夾角；為定標(biāo)時(shí)漫反射板的衰減系數(shù)。

2.2 定標(biāo)約束條件

（1）基準(zhǔn)星與待定標(biāo)衛(wèi)星的距離約束

考慮到遙感衛(wèi)星平臺(tái)的搭載能力，漫反射板尺寸需滿足定標(biāo)孔徑的要求，待定標(biāo)遙感器對(duì)漫反射板的成像分辨率進(jìn)行限定，在漫反射板尺寸確定的前提下，約束了待定標(biāo)衛(wèi)星與基準(zhǔn)星的相對(duì)距離。根據(jù)光學(xué)遙感成像比例尺的定義，結(jié)合待定標(biāo)遙感器的光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)，得到兩衛(wèi)星之間的理論最大相對(duì)距離。

式中為衛(wèi)星CCD探測(cè)器的像元尺寸；為相機(jī)焦距；GSD為遙感器對(duì)漫反射板的空間分辨率；PR為兩衛(wèi)星之間的距離；IFOV為待定標(biāo)遙感器的瞬時(shí)視場(chǎng)角。研究表明，定標(biāo)源對(duì)待定標(biāo)遙感器的成像角分辨率不小于10個(gè)像元時(shí)，可定義為有效定標(biāo)源[13-14]。

（2）遙感器輻射響應(yīng)的動(dòng)態(tài)范圍約束

根據(jù)基準(zhǔn)星定標(biāo)的輻射傳遞過(guò)程，漫反射板通過(guò)反射、衰減，將適合強(qiáng)度的太陽(yáng)輻射引入到待定標(biāo)遙感器。遙感器對(duì)入射到其入瞳前的太陽(yáng)輻亮度存在輻射響應(yīng)的最大值和最小值，并且輻亮度受到太陽(yáng)光與漫反射板法線和漫反射板法線與待定標(biāo)遙感器視軸的夾角影響。輻亮度必須滿足遙感器輻射響應(yīng)的動(dòng)態(tài)范圍，才能用于在軌輻射定標(biāo)。在此約束中，角度是影響輻亮度傳遞主要的變量。

2.3 漫反射板衰減特性監(jiān)測(cè)

漫反射板衰減特性的監(jiān)測(cè)方法包含太陽(yáng)絕對(duì)比輻射計(jì)方法和雙漫反射板方法。太陽(yáng)絕對(duì)比輻射計(jì)方法是對(duì)太陽(yáng)輻射能量和漫反射板反射輻射能量的輻射比進(jìn)行測(cè)量，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)[15]；雙漫反射板方法是采用保存完好且僅用于監(jiān)測(cè)測(cè)量的參考漫反射板對(duì)暴露在空間環(huán)境中發(fā)生衰減的工作漫反射板進(jìn)行相對(duì)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)[16]。兩種衰減監(jiān)測(cè)方法都已實(shí)現(xiàn)在軌應(yīng)用。

基準(zhǔn)星輻射定標(biāo)選取太陽(yáng)絕對(duì)比輻射計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)基準(zhǔn)星漫反射板全壽命周期衰減特性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和修正。基于比值測(cè)量的方法，以入軌首次定標(biāo)時(shí)刻的衰減測(cè)量為基準(zhǔn)，同時(shí)接收定標(biāo)時(shí)刻太陽(yáng)總輻亮度和漫反射板反射輻亮度并計(jì)算輻射比，與首次定標(biāo)時(shí)刻的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)漫反射板衰減特性的監(jiān)測(cè)。同時(shí)，太陽(yáng)絕對(duì)比輻射計(jì)可實(shí)時(shí)監(jiān)控太陽(yáng)輻射出射度的穩(wěn)定性，保證基準(zhǔn)星輻射傳遞中輻射初級(jí)基準(zhǔn)的精度，降低基準(zhǔn)星輻射傳遞的不確定度。

3 基準(zhǔn)星輻射傳遞不確定度分析

基準(zhǔn)星輻射定標(biāo)系統(tǒng)中，太陽(yáng)、基準(zhǔn)星、待定標(biāo)衛(wèi)星都是運(yùn)動(dòng)的天體，衛(wèi)星的空間位置隨時(shí)間的變化導(dǎo)致彼此相對(duì)距離和夾角時(shí)刻發(fā)生改變。輻射傳遞的不確定度不能夠靜態(tài)分析，應(yīng)動(dòng)態(tài)地對(duì)各誤差源產(chǎn)生的不確定度進(jìn)行分析。依據(jù)基準(zhǔn)星輻射傳遞模型可知，基準(zhǔn)星定標(biāo)輻射傳遞的誤差源主要包含太陽(yáng)、距離、角度、漫反射板。結(jié)合式（9）、（10），基準(zhǔn)星輻射傳遞精度由合成不確定度表示

式中為基準(zhǔn)星輻射傳遞中的測(cè)量角度；為漫反射板面型系數(shù)。

對(duì)不同誤差源引起的合成不確定度分量進(jìn)行系統(tǒng)分析：

（1）太陽(yáng)輻射出射度引起的不確定度（）

太陽(yáng)是基準(zhǔn)星輻射傳遞鏈路中的初級(jí)輻射基準(zhǔn)，遵循朗伯球體輻射定律。在輻射傳遞模型中，依據(jù)普朗克黑體輻射理論，可等效地對(duì)太陽(yáng)光進(jìn)行仿真分析。研究人員對(duì)大氣層外的太陽(yáng)輻照度進(jìn)行長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)得出輻照度不確定度優(yōu)于0.3%[17]。

（2）基準(zhǔn)星定標(biāo)距離PR和SP引起的不確定度（PR）和（SP）

基準(zhǔn)星的軌道選取太陽(yáng)同步軌道，基準(zhǔn)星輻射定標(biāo)系統(tǒng)主要針對(duì)太陽(yáng)同步軌道的遙感衛(wèi)星，軌道高度一般在400~1 000km之間，結(jié)合輻射傳遞模型和定標(biāo)約束對(duì)定標(biāo)距離引起的不確定度進(jìn)行分析。

太陽(yáng)與基準(zhǔn)星的相對(duì)距離SP測(cè)量中，基準(zhǔn)星的軌道為太陽(yáng)同步軌道，太陽(yáng)與基準(zhǔn)星的相對(duì)距離SP可近似為太陽(yáng)與地球的相對(duì)距離，即1AU。假定定標(biāo)距離測(cè)量誤差為1km，和太陽(yáng)與基準(zhǔn)星的相對(duì)距離相比，變化量可忽略，距離測(cè)量不確定度亦可忽略。

對(duì)基準(zhǔn)星與待定標(biāo)衛(wèi)星的相對(duì)距離PR分析，如圖2所示，待定標(biāo)遙感器的焦距選取3~10m，遙感器的像元選取6~10μm，得出瞬時(shí)視場(chǎng)角IFOV為0.6×10–3~3.3×10–3mrad；定標(biāo)漫反射板尺寸選取1，2，4m，得出待定標(biāo)遙感器對(duì)漫反射板的空間分辨率為0.1，0.2，0.4m。根據(jù)式（10），可得出基準(zhǔn)星與待定標(biāo)衛(wèi)星的相對(duì)距離理想最大值。由于兩星之間的相對(duì)距離隨時(shí)間發(fā)生變化，假定定標(biāo)距離測(cè)量誤差為1km時(shí)，距離測(cè)量不確定度如圖3所示。

圖3 搭載不同漫反射板的基準(zhǔn)星與待定標(biāo)衛(wèi)星的距離測(cè)量不確定度

由圖3分析可知，定標(biāo)距離測(cè)量不確定度隨基準(zhǔn)星與待定標(biāo)衛(wèi)星的相對(duì)距離增大而減??；基準(zhǔn)星與待定標(biāo)衛(wèi)星相對(duì)距離的理論最大值隨漫反射板尺寸的增大而增大。以“高分二號(hào)”（GF-2）衛(wèi)星和2m漫反射板為例，GF-2衛(wèi)星的焦距為7.785m，像元尺寸為10μm，遙感器對(duì)漫反射板的空間分辨率應(yīng)不大于2m/10，即0.2m，計(jì)算得出基準(zhǔn)星與GF-2衛(wèi)星的相對(duì)距離為155.7km。距離測(cè)量的不確定度為0.6%。

（3）基準(zhǔn)星輻射傳遞測(cè)量角度引起的不確定度（）

依據(jù)基準(zhǔn)星輻射傳遞模型，輻射傳遞夾角包括太陽(yáng)入射光與漫反射板法線的夾角和遙感器視軸方向與漫反射板法線夾角。已知遙感器的輻射響應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍的前提下，可計(jì)算輻射傳遞的三者夾角范圍。分析中以GF-2衛(wèi)星遙感器輻射響應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍為例，得出測(cè)量角度的范圍為（0°，86°）。測(cè)量角度引起的不確定度（）的計(jì)算公式為[18]

基準(zhǔn)星輻射定標(biāo)的角度測(cè)量不確定度曲線如圖4所示，當(dāng)小于60°時(shí)，角度測(cè)量不確定度增長(zhǎng)緩慢；當(dāng)大于60°時(shí)，角度測(cè)量不確定度增長(zhǎng)加速?，F(xiàn)有在軌漫反射板定標(biāo)中，太陽(yáng)入射到漫反射板的角度控制在小于60°，此時(shí)角度測(cè)量誤差為0.1°，以最大定標(biāo)角度計(jì)算角度測(cè)量不確定度為0.3%。

（4）漫反射板BRDF引起的不確定度（BRDF）

漫反射板的雙向反射分布函數(shù)（BRDF）是基準(zhǔn)星定標(biāo)輻射傳遞中的重要環(huán)節(jié)。在實(shí)驗(yàn)室中，針對(duì)不同譜段，以入射角和出射角作為變量，分步長(zhǎng)對(duì)BRDF進(jìn)行絕對(duì)測(cè)量。通過(guò)固定入射光方向或探測(cè)器接收方向的角度，分段改變另一方向角度，進(jìn)而測(cè)量探測(cè)器接收到的輻亮度，從而得出漫反射板的BRDF，國(guó)內(nèi)絕對(duì)測(cè)量不確定度可達(dá)到1%[19]。

（5）漫反射板面型系數(shù)引起的不確定度（）

基準(zhǔn)星輻射傳遞過(guò)程中，太陽(yáng)輻射能傳遞到漫反射板，可覆蓋整個(gè)漫反射板的工作區(qū)域，漫反射板的面型均勻性對(duì)基準(zhǔn)星定標(biāo)輻射傳遞有很大影響。當(dāng)成像角分辨率滿足不小于10個(gè)像元的情況下，可包含不少于8個(gè)完整的像元。理論上，8個(gè)像元接收的輻射響應(yīng)峰值最大且近似相同。定標(biāo)過(guò)程中，基準(zhǔn)星漫反射板暴露在空間環(huán)境，主要受到溫差和力學(xué)等影響。其中，在定標(biāo)時(shí)刻和非定標(biāo)時(shí)刻的漫反射板表面溫差會(huì)造成板嚴(yán)重形變，導(dǎo)致漫反射板的面型均勻性下降，輻射傳遞精度降低。漫反射板可通過(guò)拼接的方式，將漫反射板拆分成小塊，從而抵抗溫差對(duì)漫反射板面型的影響，當(dāng)拼接漫反射板的小塊足夠多時(shí)，可近似消除拼接間隙對(duì)輻射響應(yīng)峰值的影響；對(duì)基準(zhǔn)星漫反射板的力學(xué)影響主要體現(xiàn)振動(dòng)對(duì)定標(biāo)輻射傳遞產(chǎn)生的影響，將基準(zhǔn)星振動(dòng)和待定標(biāo)衛(wèi)星振動(dòng)結(jié)合在一起分析，即在0時(shí)刻，滿足遙感器對(duì)漫反射板成像分辨率的條件下，相應(yīng)數(shù)量的像元接收到相等且滿足定標(biāo)的輻射響應(yīng)峰值，1時(shí)刻衛(wèi)星振動(dòng)造成：用于定標(biāo)的像元數(shù)量不滿足定標(biāo)的成像角分辨率條件；用于定標(biāo)的接收到輻射響應(yīng)峰值的完整像元中加入非峰值像元，探測(cè)器接收的漫反射板傳遞的太陽(yáng)輻射絕對(duì)測(cè)量值下降?？赏ㄟ^(guò)對(duì)輻射傳遞進(jìn)行像質(zhì)振動(dòng)補(bǔ)償，將分散的輻射能量二次計(jì)算，保證太陽(yáng)輻射絕對(duì)測(cè)量值。同時(shí)，針對(duì)基準(zhǔn)星輻射定標(biāo)，待定標(biāo)衛(wèi)星應(yīng)具備一定的指向精度和姿態(tài)穩(wěn)定度，保證定標(biāo)的正常進(jìn)行。在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)試的漫反射板的面型不確定度為1%。

（6）漫反射板衰減系數(shù)引起的不確定度（）

漫反射板的衰減系數(shù)的監(jiān)測(cè)是長(zhǎng)期過(guò)程，持續(xù)遙感器在軌運(yùn)行的全壽命周期。衰減系數(shù)的監(jiān)測(cè)方法為在相同角度、譜段范圍條件下，利用太陽(yáng)絕對(duì)比輻射計(jì)對(duì)漫反射板的反射輻亮度和太陽(yáng)總輻亮度的輻射比進(jìn)行相對(duì)測(cè)量，方法以首次定標(biāo)時(shí)刻的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)漫反射板衰減系數(shù)的監(jiān)測(cè)，測(cè)量不確定度優(yōu)于0.88%[20]。

4 基準(zhǔn)星輻射傳遞不確定度預(yù)估

不確定度分析中的誤差包含系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，隨機(jī)誤差無(wú)規(guī)律可尋且大小不定；系統(tǒng)誤差存在一定特征規(guī)律，一定程度上可進(jìn)行減小或消除。表1列出了基準(zhǔn)星輻射傳遞模型的主要誤差源及其不確定度。

表1 基準(zhǔn)星輻射傳遞模型不確定度

Tab.1 Uncertainty of the PS radiation transfer model

由表1可知，漫反射板BRDF測(cè)量、漫反射板衰減特性、三者的夾角和兩星之間的相對(duì)距離為系統(tǒng)誤差，通過(guò)進(jìn)行大量試驗(yàn)測(cè)量，分析各自誤差分布規(guī)律，進(jìn)而規(guī)避、減小各誤差對(duì)基準(zhǔn)星輻射定標(biāo)的影響。輻射傳遞不確定度主要由太陽(yáng)出射度和漫反射板面型的隨機(jī)誤差引起的不確定度組成，計(jì)算得出不確定度為1.03%。

5 結(jié)束語(yǔ)

與現(xiàn)有在軌輻射定標(biāo)方法相比，基準(zhǔn)星輻射定標(biāo)方法擺脫大氣條件和地物特征對(duì)在軌定標(biāo)精度的限制，選取太陽(yáng)作為輻射基準(zhǔn)，定標(biāo)輻射基準(zhǔn)傳遞可溯源至SI，顯著提高在軌輻射傳遞精度。輻射傳遞不確定度分析基于基準(zhǔn)星輻射定標(biāo)的輻射傳遞模型和定標(biāo)約束條件得出。通過(guò)區(qū)分誤差源，系統(tǒng)分析傳遞鏈路中各不確定度，計(jì)算得出不確定度優(yōu)于1.03%。本文中不確定度數(shù)據(jù)是根據(jù)漫反射板定標(biāo)相關(guān)研究總結(jié)得出，后期研究工作中，還應(yīng)基于基準(zhǔn)星輻射傳遞，選取不同漫反射板材料對(duì)輻射傳遞進(jìn)行實(shí)際測(cè)量分析?；鶞?zhǔn)星輻射傳遞不確定度分析理論上驗(yàn)證了定標(biāo)的可行性，為遙感器在軌輻射定標(biāo)精度、定標(biāo)頻次的提高提供了參考。

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（編輯：王麗霞）

Radiation Transfer Error Analysis of Space Diffuse Proper Satellite

CHEN Xuan1,2MEI Qiang1,2QI Wenwen1,2XU Peng1,2

（1 Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity, Beijing 100094, China）（2 Key Laboratory of Advanced Optical Remote Sensing Technology of Beijing, Beijing 100094, China）

In order to solve the issue of the low accuracy and the low frequency of the existing calibration methods, a new method of on-orbit absolute radiometric calibration based on the full spectrum and the full aperture of the proper satellite is proposed. The method is suitable for visible and near-infrared spectra, and the calibration radiation standard can be traceable to SI. This paper briefly introduces the uncertainty of absolute radiometric calibration of remote sensors, and analyzes the principle of proper satellite radiometric calibration. Combined with the calibration radiation transfer model and the calibration constraints, the uncertainties of the proper satellite radiometric calibration are analyzed, and the uncertainty of radiation transfer is 1.03%. The analysis results could provide a theoretical foundation for the improvement of the on-orbit radiometric calibration accuracy of the remote sensors.

absolute radiometric calibration; proper satellite; radiation standard transfer; uncertainty; space remote sensing

TP79

A

1009-8518(2018)01-0053-08

10.3969/j.issn.1009-8518.2018.01.007

陳軒，男，1987年生，2013年獲長(zhǎng)春理工大學(xué)光學(xué)工程專業(yè)碩士學(xué)位，現(xiàn)在中國(guó)空間技術(shù)研究院飛行器設(shè)計(jì)專業(yè)攻讀博士學(xué)位。研究方向?yàn)楹教旃鈱W(xué)遙感技術(shù)。E-mail: cx1122pp@163.com.

2017-12-11

國(guó)家自然科學(xué)基金（61701023）