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                      來源:Remote Sensing 發布時間:2021/6/4 13:41:30
                      選擇字號:
                      中科院空天信息創新研究院——微納高光譜衛星SPARK-01/02敦煌替代輻射定標 | MDPI Remote Sensing

                      論文標題:Vicarious Radiometric Calibration of the Hyperspectral Imaging Microsatellites SPARK-01 and -02 over Dunhuang, China(敦煌上空高光譜成像微衛星SPARK-01和-02的替代輻射定標)

                      期刊:Remote Sensing

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

                      發表時間:17 January 2018

                      DOI:10.3390/rs10010120

                      微信鏈接:

                      https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI1MzEzNjgxMQ==&mid=2649996454&idx=2&sn=

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                      期刊鏈接:

                      https://www.mdpi.com/journal/remotesensing

                      2016年12月22日3時22分,科院微小衛星創新研究院聯合其他相關單位共同研制的大視場光學高光譜衛星 (SPARK-01、SPARK-02),在酒泉衛星發射中心搭載碳衛星火箭CZ-2D一箭四星成功發射。作為國內少有的高光譜衛星,該衛星實現了輕量級和高性能特點,在高精度的傳感器研制基礎之上,相對輻射定標的精度就顯得尤為重要。來自中國科學院空天信息創新研究院陳正超博士及其團隊在Remote Sensing期刊發表了文章,介紹了SPARK-01和SPARK-02衛星在敦煌首次替代定標實驗,該項研究對于高光譜衛星傳感器定標具有重要意義。

                      SPARK衛星圖

                      研究過程與結果

                      作者在文中提出了一種基于一字型飛行的衛星傳感器相對輻射定標方法,即將衛星偏航90°進行長條帶一字型飛行成像,使每一行上的探測元觀測到幾乎完全相同的地物,為大視場光學衛星提供一種相對輻射定標方法。該方法包括暗電流計算和非均勻校正過程。為了驗證一字型飛行相對輻射定標方法對于大視場光學衛星的實用性,作者在實驗室獲取了大視場相機的暗電流數據、在室外獲取了大視場相機的一字型飛行數據和常規飛行數據。對于在軌的大視場高光譜SPARK衛星,作者在夜晚對深海成像進行了暗電流的獲取,在盡可能均勻的區域進行了常規和一字型飛行數據。接著,作者對在軌采集的數據進行了處理,得到 SPARK 雙星的相對輻射定標系數,分別為增益和偏置,增益為歸一化某一個值的乘系數,偏置為暗電流數據。作者還通過對大視場高光譜衛星 (SPARK星) 進行在軌一字型飛行和夜晚深海成像的實驗,對基于一字型飛行的相對輻射定標方法進行了驗證,實現了圖像合成后的條帶的消除,很大程度上解決大視場光學衛星相對定標中均勻場景的參考物缺乏問題,為后續的大視場光學衛星相對輻射定標提供了一定的參考意義。

                      由于缺少星上定標設備,SPARK-01和-02衛星通過2017年2月28日至3月10日在中國西部戈壁沙漠干旱的敦煌進行的定標實驗實現在軌定標。在軌替代場地定標可以實現大視場光學衛星絕對輻射定標,作者此次利用標準的敦煌定標場對大視場光學衛星SPARK星進行在軌場地定標。SPARK-01和-02衛星分別于2017年3月7日和2月28日經過校準地點,作者在衛星過境期間對敦煌輻射定標場進行了反射率測量,分析了敦煌定標場地表反射率穩定性,測量了衛星過境當天的大氣參數,包括氣溶膠光學厚度、水汽含量、漫總比、探空氣球探測的大氣含量。在基于一字型飛行法的相對輻射定標后,作者利用基于反射率法、基于輻照度法和基于改進的輻照度法進行了絕對輻射定標,獲取絕對定標系數。利用模擬得到表觀輻亮度以及相對輻射定標后的DN值計算絕對定標系數,SPARK-01星通過基于反射率基和基于輻照度基法計算的定標系數基本相同,550–1000nm波段范圍內的定標系數相對偏差保持在5%內。SPARK-02星通過基于輻照度計算的定標系數與其它二種方法計算的定標系數偏差較大,最大的能夠達到 10%,這與SPARK-02 星定標當天天氣有很大關系,由于有云的存在,導致大氣中氣溶膠假設存在較大誤差,使用上行漫總比替代上行透過率的過程中存在較大偏差。

                      敦煌校準地點在不同日期的地面反射率

                      研究總結

                      本文介紹了SPARK-01和SPARK-02衛星在敦煌首次替代定標實驗,詳細探討了不同定標方法不確定度來源,主要包括氣溶膠型假設類型的不確定性、氣溶膠光學厚度測量的不確定性、水汽含量測量的不確定性、大氣剖面測量的不確定性和衛星圖像錯配引起的不確定性。采用基于反射率基法和輻照度基法的方法,在1000 nm光譜范圍內,SPARK-01的總不確定度估計分別為4.7%和4.1%。對于SPARK-02,分別使用基于反射率基法和基于改進輻照度基法的方法估計了8.1%和5.9%的總不確定度。通過使用MODIS圖像對定標方法進行驗證,計算精度在預期范圍內。這些實驗有力地支持了在替代定標實驗中使用漫總比測量,以及增加直接透射率的光譜連續測量,對于高光譜衛星傳感器定標非常重要。

                      期刊簡介

                      Remote Sensing (ISSN 2072-4292, IF 4.509) 是一個國際型開放獲取期刊。其期刊范圍涵蓋遙感科學所有領域,從傳感器的設計、驗證和校準,到遙感在地球科學、環境生態、城市建筑等各方面的廣泛應用。Remote Sensing采取單盲同行評審,一審周期約為19天,文章從接收到發表僅需2.9天。

                       
                       
                       
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