陳興峰， 劉 李， 葛曙樂， 李 新， 張凱南， 楊本永

1. 中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所， 國家環(huán)境保護(hù)衛(wèi)星遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100101 2. Finnish Meteorological Institute, Helsinki 00101, Finland 3. 中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心， 北京 100094 4. 中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所， 中國科學(xué)院通用光學(xué)定標(biāo)與表征技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 安徽 合肥 230031

引 言

行星大氣橫亙在航天遙感器和行星表面之間， 尤其是地球大氣， 是對地光學(xué)定量遙感的重要研究問題。 大氣中的氣溶膠自身對環(huán)境和全球變化有著重大影響， 同時(shí)通過與云的相互作用對氣候產(chǎn)生影響。 氣溶膠是國內(nèi)外大氣遙感的一種重要研究目標(biāo)。 偏振是電磁波作為橫波的一種特性。 太陽發(fā)出的光是非偏光， 在輻射傳輸過程中， 大氣起偏能力較強(qiáng)， 而大部分地表起偏能力相對較弱。 偏振探測有利于增強(qiáng)大氣的信息而相對抑制地表信息。 為了更準(zhǔn)確獲取更多氣溶膠特征， 多角度、 多光譜探測會增加求解未知數(shù)的更多輸入信息。 1996年， 由法國國家空間研究中心Centre national d’études spatiales (CNES) 支持， LILLE大學(xué)大氣光學(xué)實(shí)驗(yàn)室研制開發(fā)的POLDER (Polarization and Directionality of the Earth’s Reflectances) 傳感器， 搭載在日本的Advanced Earth Observing Satellite 1 (ADEOS-1)衛(wèi)星發(fā)射上天。 POLDER觀測地氣系統(tǒng)反射的多角度偏振太陽輻射， 可以反演大氣氣溶膠和云的相關(guān)產(chǎn)品， 服務(wù)于氣候和全球變化研究。 POLDER傳感器共三次被發(fā)射上天， 因?yàn)锳DEOS-1和ADEOS-2衛(wèi)星故障， 前兩次在軌運(yùn)行的時(shí)間都只有幾個(gè)月， 但是獲取了大量有意義的對地觀測多角度、 多光譜、 偏振遙感數(shù)據(jù)[1]， 2004年12月8日第三次搭載法國和美國合作的“衛(wèi)星列車(A-Train)”計(jì)劃中的Polarization & Anisotropy of Reflectance for Atmospheric Sciences coupled with Observations from a Lidar (PARASOL)， 最終成功地長期在軌運(yùn)行， 肯定了POLDER傳感器多光譜多角度偏振觀測的獨(dú)特優(yōu)勢[2]， 形成了多角度偏振觀測的理論和方法體系； 2013年P(guān)ARASOL結(jié)束任務(wù)， 之后尚無長期運(yùn)行的大視場航天偏振遙感器[3]。 中科院遙感所和安光所開展了偏振遙感相機(jī)Directional Polarized Camera (DPC)的航空預(yù)研工作， 通過實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的設(shè)計(jì)[4]、 研制[5]、 定標(biāo)[3, 6]、 數(shù)據(jù)處理與反演、 真實(shí)性檢驗(yàn)等工作， 全面論證DPC升級為航天版發(fā)射上天的可行性， 通過航空遙感實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)訓(xùn)練大氣[7]、 地表[8-9]、 海洋等相關(guān)算法。

我國高分五號衛(wèi)星(2018年5月9日發(fā)射成功)搭載的DPC， 技術(shù)指標(biāo)如表1所示， 是與POLDER同類型的遙感器。 通過濾光片和偏振片組合轉(zhuǎn)輪來實(shí)現(xiàn)多光譜偏振觀測， 通過大視場沿軌重復(fù)拍攝可以在不同觀測角度下多次拍到同一地面區(qū)域?qū)崿F(xiàn)多角度觀測。 DPC的結(jié)構(gòu)和多角度拍攝模式如圖1所示。

表1 高分五號衛(wèi)星多角度偏振相機(jī)技術(shù)指標(biāo)

后續(xù)， 中國[10]、 歐洲[11]、 美國[12]都有多個(gè)同類型航天遙感器發(fā)射計(jì)劃， 多角度、 偏振、 多光譜類型載荷的每個(gè)產(chǎn)品反演精度都強(qiáng)烈依賴于定標(biāo)精度， 發(fā)射后的持續(xù)在軌定標(biāo)是必需的定量化保障， 也是整個(gè)地面處理和應(yīng)用系統(tǒng)定量化處理的第一步。 我國陸地衛(wèi)星定標(biāo)缺乏此類傳感器相關(guān)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

1 載荷輻射傳遞模型和定標(biāo)系數(shù)

遙感傳感器的定標(biāo)是遙感反演定量化的基礎(chǔ)和首要工作[13]。 首先明確研究定標(biāo)內(nèi)容的含義： 建立儀器測量值與已知標(biāo)準(zhǔn)參考值之間的關(guān)系。 按照定標(biāo)的內(nèi)容可以分為光譜、 輻射、 幾何三部分[14]。 光譜定標(biāo)的內(nèi)容是波段寬度、 中心波長、 光譜響應(yīng)函數(shù)等[15]； 幾何定標(biāo)的內(nèi)容是主距、 像主點(diǎn)偏移量等內(nèi)方位元素和畸變參數(shù)等[16]； 而輻射定標(biāo)則包含了輻射強(qiáng)度和偏振兩部分。

POLDER和DPC作為輻射定量化程度很高的載荷， 持續(xù)的在軌定標(biāo)尤為重要[17]， 這類載荷的光學(xué)結(jié)構(gòu)可以簡化為圖2所示的組成。

圖1 我國多角度偏振相機(jī)光機(jī)結(jié)構(gòu)示意(a) 和多角度成像模式(b)

Fig.1 The Optical machine structure (a) and multi-angle imaging mode (b) of the Chinese Directional Polarized Camera

圖2 多角度偏振相機(jī)單個(gè)通道的光學(xué)結(jié)構(gòu)簡化圖

光學(xué)傳遞過程經(jīng)歷4部分： 鏡頭(lens)、 濾光片(spectral filter)、 偏振片(polarizer)、 電耦合器件(CCD)共同影響入瞳光， 最終在CCD上輸出數(shù)碼值(digital number, DN)。 光的偏振態(tài)通常使用Stokes矢量(I,Q,U,V)來表示， 其中I表示總輻射強(qiáng)度(遙感中可等同于輻亮度)，Q表示平行或垂直于參考平面的線偏振的強(qiáng)度，U表示與參考平面成45°角上的線偏振的強(qiáng)度，V表示圓偏振強(qiáng)度。 對地遙感中一般認(rèn)為V=0[18]。 多角度偏振相機(jī)的實(shí)際輻射傳遞模型[19]可以表達(dá)為式(1)。

NDa=AλTλ，apg(p1(θ)+p2(θ)Q+p3(θ)U)+C

(1)

其中

(2)

式(1)和式(2)中包含的參數(shù)描述了多角度偏振相機(jī)的特性， 構(gòu)成了待定標(biāo)系數(shù)的體系，DNa是某波段第a通道探測得到的DN值，C是暗電流探測值(相機(jī)直接拍攝獲取)，αa偏振片檢偏角度(是固定的數(shù)值)：

Aλ， 絕對輻射定標(biāo)系數(shù)， 該參數(shù)取決于相機(jī)的光學(xué)傳遞所有過程， 每個(gè)波段的絕對輻射定標(biāo)系數(shù)是一個(gè)單獨(dú)的數(shù)值；

p， 空間響應(yīng)低頻分量， 描述光學(xué)鏡頭在不同視場角θ下透過率不同而導(dǎo)致的圖像中間像元較亮， 邊緣較暗的低頻透過特性；

g， 空間響應(yīng)高頻分量， 描述某波段第a通道的電耦合器件為主造成的單個(gè)探元(i,j)之間響應(yīng)差異；

Ta， 相對第2檢偏通道的透過率， 該參數(shù)描述了同一波段不同檢偏通道的偏振片-濾光片組合透過特性差異， 其中a=1, 2, 3， 且T2=1；

ε(θ)， 光學(xué)鏡頭起偏度， 描述光學(xué)鏡頭在不同視場角θ下對光線的起偏量， 這是偏振相機(jī)作為一個(gè)光學(xué)儀器對待測量光線引入的偏振偏差；

η， “偏振片的檢偏程度”， 這是本文給出的名稱。 該參數(shù)的描述在諸多文獻(xiàn)中名稱不一[19-21]。 但從公式中的作用來說， 等于非偏光透過線偏振片后的偏振度數(shù)值。

上述6個(gè)待定標(biāo)參數(shù)中， 前3個(gè)可以歸類為輻射強(qiáng)度類定標(biāo)系數(shù)， 后3個(gè)可以歸類為偏振類定標(biāo)系數(shù)。 而在軌之后， 僅利用自然目標(biāo)進(jìn)行替代定標(biāo)， 很難提供高于傳感器偏振測量能力的參考基準(zhǔn)， 因此偏振類定標(biāo)系數(shù)在軌替代定標(biāo)并非全部具有很高精度。

2 在軌替代定標(biāo)方法發(fā)展

目前認(rèn)為利用搭載人工參考源的星上定標(biāo)精度最高， 而不具備星上定標(biāo)條件的傳感器普遍使用場地替代定標(biāo)。 但大視場的偏振光學(xué)遙感器在軌輻射定標(biāo)卻面臨挑戰(zhàn)。

挑戰(zhàn)一： 載荷沒有星上定標(biāo)器。 一般來說旋轉(zhuǎn)掃描型的遙感器在不必要成像的某些掃描范圍(超出對地觀測視場的部分)可以對準(zhǔn)星上定標(biāo)器工作， 如Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS)[22]。 偏振類型的掃描型傳感器也可以使用星上定標(biāo)， 例如美國多次發(fā)射失敗的Aerosol Polarimetry Sensor (APS)[23]和我國在研的偏振掃描儀[24]， 而寬視場多角度的相機(jī)很難在星上配備星載定標(biāo)參考源。 所以衛(wèi)星上天后只能采用自然的替代參考源進(jìn)行定標(biāo)[21]。

挑戰(zhàn)二： 難以使用場地定標(biāo)。 POLDER和DPC定量化要求高， 需要快速、 省力的定標(biāo)方法來保障高定標(biāo)頻次， 場地定標(biāo)較為費(fèi)時(shí)費(fèi)力， 在人工測量的情況下定標(biāo)頻次不足。 法國發(fā)展“La Crau”定標(biāo)場也很早[25]， 這類載荷具有很大的視場和刈幅， 分光器件(濾光片)和檢偏器件(濾光片)也會使到達(dá)光電轉(zhuǎn)換器的光被削弱[26]， 且空間分辨率低， 為7 km×6 km。 法國La Crau定標(biāo)場只有15 km×10 km[25]， 不具備使用場地定標(biāo)條件。 我國用于氣象、 資源[27]、 高分[28]、 環(huán)境[29]等系列衛(wèi)星的敦煌定標(biāo)場(如圖3)， 均一戈壁灘不足20 km×20 km， 邊長僅對應(yīng)3個(gè)POLDER像元， 即使我國DPC分辨率提升(約為3.5 km)， 也難以完成星地?cái)?shù)據(jù)匹配。

圖3 敦煌遙感衛(wèi)星輻射校正場(40.08°N, 94.4°E)

挑戰(zhàn)三： 單一場地(場景)不適用于所有參數(shù)。 輻射強(qiáng)度和偏振的多個(gè)定標(biāo)系數(shù)， 無法使用單一場地來完成定標(biāo)， 需要各種具有在特定條件下提供高精度輻射參考的多種自然場景來完成。

受限于以上原因， 星上定標(biāo)法和場地定標(biāo)法難用于多角度偏振相機(jī)在軌定標(biāo)。 利用其他面積更大的、 均一的自然景物作為替代參考光源的方法成為其主要在軌定標(biāo)方法。

2.1 絕對輻射強(qiáng)度

絕對輻射定標(biāo)系數(shù)A是整個(gè)光學(xué)相機(jī)在軌定標(biāo)最重要的定標(biāo)系數(shù)。 鑒于POLDER的成功， 后續(xù)同類型遙感器的發(fā)射計(jì)劃較多， 且沿用其定標(biāo)策略。 POLDER引入了利用海洋場景定標(biāo)的瑞利散射定標(biāo)[30]加太陽耀光傳遞定標(biāo)[31]方法等。 “海洋瑞利散射”是相對較暗的目標(biāo)， 而太陽耀光是較亮的目標(biāo)， 這屬于一個(gè)是低端響應(yīng)而另一個(gè)是高端響應(yīng)。 事實(shí)上當(dāng)前光電轉(zhuǎn)換器件的線性度很好， 例如我國DPC實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的各波段線性擬合系數(shù)r-square均在0.997以上[6]。 所以瑞利散射定標(biāo)加太陽耀光傳遞定標(biāo)方案被認(rèn)為是適用于多角度偏振相機(jī)的， 成為了POLDER業(yè)務(wù)化定標(biāo)方法， 同時(shí)通過時(shí)間序列定標(biāo)監(jiān)控遙感器在軌衰變規(guī)律[32]。 但在我國高分等系列衛(wèi)星的地面處理系統(tǒng)業(yè)務(wù)化定標(biāo)中， 目前大都使用場地定標(biāo)， 瑞利散射、 太陽耀光、 云等自然景物定標(biāo)方法在業(yè)務(wù)化中的實(shí)用， 處于嘗試階段。

2.1.1 海洋場景瑞利散射

瑞利散射定標(biāo)的基本原理是在一類潔凈大洋水體上空， 水體反射率極低， 大氣中氣溶膠含量極少時(shí)， 例如以550 nm處氣溶膠光學(xué)厚度(aerosol optical depth, AOD)小于0.1為條件， 遙感器入瞳信號中瑞利散射的貢獻(xiàn)最高可達(dá)90%以上[33]。 瑞利散射定標(biāo)是一種使用海洋場景進(jìn)行的輻射定標(biāo)方法， 最早由Fraser和Kaufman提出[34]， 用于Geostationary Operational Environmental Satellites (GOES5和GOES6) Visible Infrared Spin-Scan Radiometers (VISSR)絕對輻射定標(biāo)， 精度達(dá)到2%。 Vermote等[35]將瑞利散射方法應(yīng)用于Satellite Pour l’Observation de la Terre (SPOT)中心波長450和550 nm通道在軌定標(biāo)， 精度分別達(dá)到3%和5%。 Hagolle等[32]將此應(yīng)用于POLDER絕對輻射定標(biāo)， Bruniquel等[36]用于Sea-Viewing Wide Field-of-View Sensor (SeaWiFS)， Fougnie等[37]用于MODIS， 海洋水色傳感器定標(biāo)精度約為3%～4%。 Chen等[38]專門安排陸地衛(wèi)星GF-1/WFV拍攝海洋圖像， 將瑞利散射定標(biāo)方法引入到高分辨率陸地衛(wèi)星上面， 并針對22個(gè)樣本初步分析了太陽天頂角等引入誤差的大小， 最終定標(biāo)精度優(yōu)于5%。 瑞利散射定標(biāo)的地表是采用水體的Bidirectional Reflectance Distribution Function (BSDF)模型， 具有適合多角度大視場相機(jī)定標(biāo)的優(yōu)勢， 但是需要輸入大量的海洋大氣參數(shù)， 這些參數(shù)來自于其他衛(wèi)星觀測或者再分析資料[39]， 需要嚴(yán)格的質(zhì)量控制才能保障精度。 顧名思義， 瑞利散射定標(biāo)在強(qiáng)瑞利散射情況下適用， 所以定標(biāo)的光譜范圍為短波長波段(中心波長670 nm以下波段)。 單點(diǎn)瑞利散射定標(biāo)精度難以保障， 多點(diǎn)定標(biāo)和定標(biāo)樣本的嚴(yán)格篩選是必要的。

至于更長波長的近紅外波段， 采用太陽耀光波段間傳遞定標(biāo)的方法， 將短波長波段定標(biāo)結(jié)果傳遞至910 nm等波段。

2.1.2 海洋場景太陽耀光

太陽耀光是遙感圖像中的一種現(xiàn)象， 不是固定海表目標(biāo)， 必須要滿足鏡面反射的幾何條件， 但在MODIS這種寬視場遙感器的數(shù)據(jù)中， 就很容易觀測到[40]， 而在POLDER、 DPC這種寬視場、 面陣探測器加圓形視場、 多角度高幀頻重復(fù)拍攝的情況下， 拍攝到太陽耀光是一種必然。 太陽耀光在海洋表面的反射率光譜波段關(guān)系穩(wěn)定， 因此提供了波段之間傳遞定標(biāo)的可能和便利。 太陽耀光的反射率可以超過1， 甚至超過10[41]， 而云這種亮目標(biāo)在非鏡面反射情況下反射率最高為0.7左右， 所以足夠強(qiáng)烈的太陽耀光可以使遙感像元飽和， 在耀光強(qiáng)度不致飽和的情況下， 太陽耀光在表觀信號中的貢獻(xiàn)最大可以達(dá)到90%以上[33]。 和瑞利散射定標(biāo)一樣， 選擇空氣潔凈的大洋水體， 利用大尺度符合鏡面反射的耀光像元， 可以實(shí)現(xiàn)波段間傳遞定標(biāo)。 太陽耀光在海洋表面的BRDF模型是通過Cox & Munk[42-43]模型來描述的， 矢量輻射傳輸計(jì)算時(shí)用到的大氣參數(shù)也是來自于其他衛(wèi)星觀測。 該方法已經(jīng)成功地應(yīng)用到了MERIS[33], MODIS[40]和 POLDER[37]等多個(gè)傳感器定標(biāo)。 實(shí)際的海洋表面光譜并不完全符合理想平靜純水的菲涅爾定律， 定標(biāo)時(shí)必須選擇光譜相近的波段進(jìn)行傳遞， 減小波段間反射率關(guān)系偏差的影響。 同時(shí)， 耀光區(qū)域的云污染很難被直接發(fā)現(xiàn)， 多角度數(shù)據(jù)的云判識可以剔除有云耀光像元。

2.1.3 云

同太陽耀光一樣， 云的反射光譜曲線也是很穩(wěn)定的， Lafrance等[44]以POLDER傳感器的670 nm波段為參考， 傳遞標(biāo)定了443和490 nm， 但是， 云的選擇對定標(biāo)結(jié)果會帶入很大的不確定性， 使用高層云和低層云分別測試了， 證明了低層云定標(biāo)不太穩(wěn)定。 所以通常選擇在對流層頂?shù)纳顚α髟谱鳛槎?biāo)參考目標(biāo)[45]。

2.1.4 特殊波段的定標(biāo)

從表1可以看出， 多角度偏振相機(jī)為了統(tǒng)籌探測云高、 水汽柱含量等重要的大氣參數(shù)， 含有氧氣和水汽吸收通道， 這些通道仍然可以通過太陽耀光或者云來進(jìn)行定標(biāo)， 但需額外校正。 涉及氧氣吸收的765和763 nm波段， 通過再分析資料獲得海表氣壓推算氧氣透過率予以校正[32]， 910 nm定標(biāo)兼顧水汽柱含量和垂直分布造成的吸收校正[46]。

2.2 相對輻射強(qiáng)度

空間響應(yīng)低頻分量P和空間響應(yīng)高頻分量g代表了相機(jī)內(nèi)部不同像元(視場)之間的相對輻射差異。P的定標(biāo)通常使用地表二向反射特性在公里級分辨率尺度較為穩(wěn)定的沙漠定標(biāo)方法來實(shí)現(xiàn)[47]，g通過基于大數(shù)據(jù)量統(tǒng)計(jì)方法的云目標(biāo)大量觀測平均來實(shí)現(xiàn)[21]。

從輻射強(qiáng)度定標(biāo)的基本需求來說， 較高精度的光學(xué)參考量獲取的其他方法也可以實(shí)現(xiàn)相對輻射強(qiáng)度的定標(biāo)， 例如在絕對輻射定標(biāo)中使用的瑞利散射定標(biāo)和太陽耀光傳遞定標(biāo)方法， 針對不同視場角的多個(gè)定標(biāo)結(jié)果， 也可以完成P的定標(biāo)。

2.3 偏振參數(shù)

遙感觀測的偏振度耦合了地表和大氣的聯(lián)合起偏作用， 在軌定標(biāo)需要特殊景物的極端偏振特性來提供定標(biāo)的光學(xué)參考。 云目標(biāo)在特定角度下具有零偏振的特點(diǎn)[21]， 所以偏振參數(shù)中T可以通過云目標(biāo)的通道間比值來完成，ε(θ)也是使用云目標(biāo)來完成不同視場角下對應(yīng)的遙感器本身起偏度定標(biāo)。η， 綜合多個(gè)文獻(xiàn)描述， 本文稱之為“偏振片的檢偏程度”， 本身具有很高的精度， 數(shù)值接近1， 且在長期變化很小[21]， 很難實(shí)現(xiàn)在軌替代方法定標(biāo)。 以上三個(gè)偏振相關(guān)參數(shù)， 會共同影響遙感測量的偏振度， 因此使用太陽耀光的偏振度可以對整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的偏振測量精度進(jìn)行評價(jià)， 實(shí)現(xiàn)偏振測量的傳感器狀態(tài)監(jiān)控。 根據(jù)仿真模擬， 太陽耀光是鏡面反射導(dǎo)致的， 較強(qiáng)的輻射強(qiáng)度可以減小海上大氣對表觀偏振度計(jì)算帶來的誤差影響， 是良好的偏振定標(biāo)參考源。

目前來看， 在軌替代方法較難實(shí)現(xiàn)入瞳光高精度偏振參考光源的獲取， 一般在地面處理系統(tǒng)中繼續(xù)使用實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)系數(shù)， 在有較大的穩(wěn)定出現(xiàn)的定標(biāo)系數(shù)變化量的情況下， 才使用在軌替代定標(biāo)的結(jié)果替換實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)結(jié)果。

3 未來定標(biāo)新方法初步設(shè)計(jì)

2016年9月， 我國的天宮二號空間站發(fā)射上天， 搭載多角度偏振相機(jī)該載荷主要測試工程系統(tǒng)， 未介紹在軌定標(biāo)[48]。 在未來幾年里， 我國在國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中規(guī)劃的多顆衛(wèi)星將搭載多角度偏振相機(jī)上天， 例如“大氣環(huán)境衛(wèi)星”、 “陸地碳衛(wèi)星”等。 而我國高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大科技專項(xiàng)第五顆衛(wèi)星高分五號， 現(xiàn)已發(fā)射并進(jìn)行在軌測試， 是最新的在軌大視場多角度偏振相機(jī)[49]。 歐洲氣象衛(wèi)星應(yīng)用組織 (European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites, EUMETSAT) 也計(jì)劃2021年開始發(fā)射歐洲第二代增強(qiáng)型的多角度偏振相機(jī)3MI (Multi-Viewing-Channel-Polarisation Imager)[50]， 計(jì)劃發(fā)射3顆。 根據(jù)EUMETSAT和法國LILLE大學(xué)計(jì)劃， 3MI將繼續(xù)使用瑞利散射和太陽耀光定標(biāo)方法； 美國計(jì)劃在2021年發(fā)射Multi-Angle Imager for Aerosols (MAIA)多角度偏振相機(jī)[12]用于探測PM2.5等大氣污染狀況。

3.1 新型偏振相機(jī)航天計(jì)劃的傳遞定標(biāo)方法

這些衛(wèi)星存在搭載多顆傳感器的情況， 多角度偏振相機(jī)缺乏星上定標(biāo)器， 而同一顆衛(wèi)星上的其他掃描型傳感器具備星上定標(biāo)功能， 在具備這種條件的情況下， 例如我國大氣環(huán)境星的“偏振交火”載荷方案， 可以發(fā)展同衛(wèi)星平臺的“星上傳遞定標(biāo)”[10]。 雖然定標(biāo)計(jì)算的大部分過程類似于不同衛(wèi)星的傳感器之間交叉定標(biāo)， 但因先天具備了同時(shí)、 同觀測角度、 同太陽角度等優(yōu)勢， 傳遞定標(biāo)的地物可以不局限于太陽耀光或者暗目標(biāo)水體等極端條件， 可以在大面積均一的任何自然目標(biāo)開展定標(biāo)， “星上傳遞定標(biāo)”無疑具有更多的機(jī)會和更高的精度。

3.2 地面人工源方法

基于幾代偏振遙感器研究經(jīng)驗(yàn)和在光學(xué)定標(biāo)方面的積累， 中科院安光所研究人員提出了基于地面人工源的方法開展高精度的輻射強(qiáng)度和偏振參數(shù)定標(biāo)， 是一種新的在軌定標(biāo)概念與方法， 其選址、 設(shè)備建造、 輻射傳輸計(jì)算、 星地配合工作模式等都需要進(jìn)行深入的研究， 已形成完善的高精度定標(biāo)方法體系。

3.3 全自動海氣參數(shù)觀測的場地定標(biāo)法

我國海洋衛(wèi)星定標(biāo)已經(jīng)嘗試了在鉆井平臺上部署海氣參數(shù)同步測量儀器的方法[51-52]。 對于大視場偏振遙感器的在軌替代定標(biāo)可以考慮在中國南海的水質(zhì)更為干凈的區(qū)域部署專門化的長期自動觀測平臺， 為瑞利散射定標(biāo)和太陽耀光傳遞定標(biāo)提供更加精準(zhǔn)的實(shí)測數(shù)據(jù)， 在不使用再分析資料的情況下， 每次星地同步觀測都具備更高的定標(biāo)精度， 形成穩(wěn)定的場地替代定標(biāo)業(yè)務(wù)化方法。 這需要海洋衛(wèi)星和其他衛(wèi)星系列定標(biāo)裝備的聯(lián)合設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)共享來實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié) 論

多角度偏振相機(jī)在軌期間需要使用自然景物開展替代定標(biāo)。 即使擁有星上定標(biāo)器， 替代定標(biāo)作為一種獨(dú)立的方法， 仍具有第三方質(zhì)控監(jiān)督的重要作用。 如此眾多的中外多角度偏振相機(jī)即將服務(wù)于地氣系統(tǒng)的遙感探測， 其在軌定標(biāo)應(yīng)充分挖掘新衛(wèi)星新載荷的特色， 發(fā)展具有更高精度的方法， 創(chuàng)新定標(biāo)手段。 在軌定標(biāo)還有很多工作可以拓展， 例如在實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)比較容易實(shí)現(xiàn)的偏振片裝配角度、 溫度對各波段的輻射響應(yīng)影響系數(shù)、 面陣CCD數(shù)據(jù)采集產(chǎn)生的幀轉(zhuǎn)移效應(yīng)等， 需要聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)經(jīng)驗(yàn)、 衛(wèi)星平臺的姿軌參數(shù)和環(huán)境參數(shù)等進(jìn)行在軌定標(biāo)方法研究。

當(dāng)然， 光學(xué)遙感器的在軌替代定標(biāo)發(fā)展經(jīng)歷幾十年， 方法體系相對成熟， 在這種情況下， 也應(yīng)該針對現(xiàn)有方法深化研究， 提出提高精度的新方法。 尤其偏振相機(jī)作為新型遙感器列入多個(gè)航天計(jì)劃[53]， 其在軌定標(biāo)理論和方法體系將補(bǔ)充航天光學(xué)遙感定標(biāo)領(lǐng)域短板， 通過模擬分析厘清誤差規(guī)律， 通過研究優(yōu)選方法、 高精度過程質(zhì)控方法和實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)分析減小系統(tǒng)性和隨機(jī)性誤差， 使現(xiàn)有方法具有更好的精度和穩(wěn)定性。