范范遙感載荷外場自動化輻射定標(biāo)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)II目次1范圍 32規(guī)范性引用文件 33術(shù)語和定義 34自動化輻射定標(biāo)系統(tǒng)組成 45地面測量目標(biāo)分系統(tǒng)技術(shù)要求 56外場自動化測量分系統(tǒng)技術(shù)要求 5儀器設(shè)備配置 5儀器設(shè)備運(yùn)行 5數(shù)據(jù)獲取 67外場測量數(shù)據(jù)自動處理分系統(tǒng)技術(shù)要求 67.1通則 6測量數(shù)據(jù)自動篩選及預(yù)處理 7地面均勻目標(biāo)地表反射率光譜自動計(jì)算 78載荷無關(guān)大氣層頂光譜輻亮度/反射率自動計(jì)算分系統(tǒng)技術(shù)要求 79遙感載荷自動化輻射定標(biāo)及不確定度計(jì)算分系統(tǒng)技術(shù)要求 710檢查方法 7附錄A（資料性）遙感載荷外場自動化輻射定標(biāo)參數(shù)計(jì)算方法 8A.1地面均勻目標(biāo)地表反射率光譜計(jì)算 8A.2載荷無關(guān)大氣層頂光譜輻亮度/反射率計(jì)算 93遙感載荷自動化輻射定標(biāo)系數(shù)計(jì)算 9附錄B（資料性）遙感載荷外場自動化輻射定標(biāo)不確定度分析 111不確定度來源 11B.2不確定度評定 11B.3不確定度合成 11參考文獻(xiàn) 14PAGEPAGE10遙感載荷外場自動化輻射定標(biāo)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范范圍場測量數(shù)據(jù)自動處理、載荷無關(guān)大氣層頂光譜輻亮度/反射率自動計(jì)算、遙感載荷自動化輻射定標(biāo)及不確定度計(jì)算各分系統(tǒng)的技術(shù)要求。輻射定標(biāo)。規(guī)范性引用文件（包括所有的修改單適用于本文件。GB/T34509.1—2017 陸地觀測衛(wèi)星光學(xué)遙感器在軌場地輻射定標(biāo)方法第1部分：可見光近紅外GB/T36299—2018 光學(xué)遙感輻射傳輸基本術(shù)語GB/T38935—2020 光學(xué)遙感器在軌成像輻射性能評價(jià)方法可見光-短波紅外術(shù)語和定義GB/T34509.1—2017、GB/T36299—2018和GB/T38935—2020界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1自動化輻射定標(biāo) automaticradiometriccalibration利用自動觀測設(shè)備對輻射定標(biāo)場地面均勻目標(biāo)及大氣光學(xué)特性進(jìn)行常態(tài)化測量，經(jīng)過大氣輻射傳輸計(jì)算，建立遙感載荷對輻射定標(biāo)場地面目標(biāo)的觀測值與遙感載荷入瞳處輻亮度或者反射率之間定量關(guān)系的過程。3.23.3

目標(biāo)反射特性自動測量系統(tǒng) automaticmeasurementsystemfortargetreflectivecharacteristics安裝于輻射定標(biāo)場，按一定時(shí)間間隔自動采集輻射定標(biāo)場地面均勻目標(biāo)反射光譜輻亮度的測量系地面均勻目標(biāo)groundhomogeneoustarget大面積、均勻且具有特定光譜特征，適用于遙感載荷在軌場地輻射定標(biāo)的自然場景或者人工目標(biāo)。3.4自動輻射定標(biāo)場 automaticradiometriccalibrationsite化輻射定標(biāo)的定標(biāo)場。3.5載荷無關(guān)大氣層頂光譜輻亮度sensor-independenttop-of-atmospherespectralradiance以自動觀測設(shè)備測量的地面均勻目標(biāo)反射和大氣特性為輸入，利用大氣輻射傳輸模型計(jì)算得到的大氣層頂高光譜輻亮度數(shù)據(jù)，將它與遙感載荷對應(yīng)通道的光譜響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行卷積獲得的遙感載荷入瞳處通道輻亮度。注：單位為瓦每平方米球面度微米[W/(m2rm)]。3.6載荷無關(guān)大氣層頂光譜反射率sensor-independenttop-of-atmospherespectralreflectance載荷無光大氣層頂光譜輻亮度與大氣層頂入射太陽輻射亮度之間的比值，將它與遙感載荷具體通道的光譜響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行卷積獲得的遙感載荷入瞳處通道反射率。3.7標(biāo)準(zhǔn)參考板standardreferencepanel測量地面均勻目標(biāo)地表反射率時(shí)作為標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)使用的參考板，其反射率特性精準(zhǔn)已知。自動化輻射定標(biāo)系統(tǒng)組成遙感載荷外場自動化輻射定標(biāo)系統(tǒng)組成及各分系統(tǒng)之間的關(guān)系見圖1，應(yīng)包括地面測量目標(biāo)分系統(tǒng)、外場自動化測量分系統(tǒng)、外場測量數(shù)據(jù)自動處理分系統(tǒng)、載荷無關(guān)大氣層頂光譜輻亮度/反射率自動計(jì)算分系統(tǒng)、遙感載荷自動化輻射定標(biāo)及不確定度計(jì)算分系統(tǒng)五個(gè)部分。載荷無關(guān)大氣層頂光譜輻亮載荷無關(guān)大氣層頂光譜輻亮度/反射率自動計(jì)算分系統(tǒng)外場測量數(shù)據(jù)自動處理分系統(tǒng)外場自動化測量分系統(tǒng)地面測量目標(biāo)分系統(tǒng)遙感載荷自動化輻射定標(biāo)及不確定度計(jì)算分系統(tǒng)圖1遙感載荷外場自動化輻射定標(biāo)系統(tǒng)組成圖a）光學(xué)厚度和水汽含量等大氣參數(shù)自動化測量的全自動太陽分光光度計(jì)，用于氣象參數(shù)獲取的風(fēng)速風(fēng)向自動測量儀和云覆蓋全天空成像儀等。理，得到載荷無關(guān)大氣層頂光譜輻亮度/性自動測量系統(tǒng)自動測量的地面均勻目標(biāo)反射特性數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到地面目標(biāo)的地表反數(shù)據(jù)等。載荷無關(guān)大氣層頂光譜輻亮度/型（如MODTRAN或者6S）自動計(jì)算得到載荷無關(guān)的大氣層頂光譜輻亮度/反射率。數(shù)，對匹配的載荷無關(guān)大氣層頂光譜輻亮度/道的大氣層頂通道輻亮度/輸入?yún)?shù)不確定度對最終定標(biāo)結(jié)果不確定度的貢獻(xiàn)，主要包括遙感載荷入瞳處輻亮度/確定度因素，通過誤差傳遞理論計(jì)算得到遙感載荷自動化輻射定標(biāo)結(jié)果的總體不確定度。地面測量目標(biāo)分系統(tǒng)技術(shù)要求地面測量目標(biāo)分系統(tǒng)應(yīng)符合如下要求：1000m；10像元×10像元；具有良好的朗伯特性，地表光譜反射率變化較為平緩；3%；周邊環(huán)境中無影響遙感載荷外場自動化輻射定標(biāo)的遮擋物。外場自動化測量分系統(tǒng)技術(shù)要求儀器設(shè)備配置外場自動化測量儀器設(shè)備應(yīng)符合如下配置要求：1400nm～2500nm3%3min；1340nm380nm440nm500nm、675nm、870nm、936nm、1020nm1640nm90.1%，太陽0.0110min；10%~100%1min；風(fēng)向風(fēng)速測量儀不少于1套，且滿足風(fēng)速測量范圍0mph~112mph(50m/s)，風(fēng)向測量范圍0°~360°1min；118010min。儀器設(shè)備運(yùn)行外場自動化測量儀器設(shè)備運(yùn)行應(yīng)符合如下要求：布設(shè)位置：目標(biāo)反射特性自動測量系統(tǒng)應(yīng)布設(shè)于地面均勻目標(biāo)的中間位置，距離邊緣不少于及全天空成像儀等自動測量設(shè)備應(yīng)布設(shè)于無遮擋的空曠區(qū)域；9:00～15:00（地方時(shí)）處于自動運(yùn)行狀態(tài)；測量精準(zhǔn)性：定期采用人工或自校準(zhǔn)方式進(jìn)行標(biāo)定，并確定測量不確定度；1%；溫度敏感性：性能對溫度變化的響應(yīng)小或者能夠自動實(shí)時(shí)測定溫度變化并進(jìn)行校準(zhǔn)；持續(xù)供電能力：配備固定電源或者太陽能電池板等自主供電設(shè)備；自動存儲能力：具備不少于三個(gè)月的觀測數(shù)據(jù)存儲能力；可傳輸性：支持遠(yuǎn)程測控和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，如支持移動通信終端通用分組無線業(yè)務(wù)或北斗（衛(wèi)星）遠(yuǎn)程傳輸；和自然破壞的安全措施。數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)獲取要求如下：1次/10min。1次/10min。1次/10min。外場測量數(shù)據(jù)自動處理分系統(tǒng)技術(shù)要求通則開始結(jié)束 是 是開始結(jié)束 是 是異常否氣溶膠光學(xué)厚度/垂直柱水汽含量目標(biāo)/標(biāo)準(zhǔn)參考板反射輻亮度光譜結(jié)束地面均勻目標(biāo)地表反射率光譜計(jì)算大氣輻射傳輸模型計(jì)算氣象、大氣、地面均勻目標(biāo)反射光譜輻亮度數(shù)據(jù)自動讀取否圖2外場測量數(shù)據(jù)自動處理分系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程測量數(shù)據(jù)自動篩選及預(yù)處理測量數(shù)據(jù)自動讀取、篩選并進(jìn)行預(yù)處理，篩選時(shí)應(yīng)滿足如下質(zhì)量控制條件：10km2內(nèi)天頂無云；0.3；0℃以上；4級。地面均勻目標(biāo)地表反射率光譜自動計(jì)算應(yīng)利用借助參考板實(shí)測，或者由氣溶膠光學(xué)厚度和水汽含量等大氣參數(shù)驅(qū)動大氣輻射傳輸模型計(jì)目標(biāo)地表反射率光譜，計(jì)算方法見附錄A的A.1。載荷無關(guān)大氣層頂光譜輻亮度/反射率自動計(jì)算分系統(tǒng)技術(shù)要求（MODTRAN6S計(jì)算方法見A.2。遙感載荷自動化輻射定標(biāo)及不確定度計(jì)算分系統(tǒng)技術(shù)要求應(yīng)依據(jù)遙感載荷實(shí)際成像時(shí)間、觀測幾何等輔助信息，自動從載荷無關(guān)大氣層頂光譜輻亮度/應(yīng)通道的大氣層頂通道輻亮度/計(jì)算得到遙感載荷各通道的輻射定標(biāo)系數(shù)，計(jì)算方法見A.3不確定度進(jìn)行分析，具體分析方法見附錄B。檢查方法檢查項(xiàng)應(yīng)包括但不限于表1所列項(xiàng)。表1遙感載荷外場自動化輻射定標(biāo)系統(tǒng)檢查項(xiàng)檢查項(xiàng)檢查內(nèi)容檢查方法自動化輻射定標(biāo)系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成檢查自動化輻射定標(biāo)系統(tǒng)組成的完備性，應(yīng)符合6要求。地面測量目標(biāo)分系統(tǒng)技術(shù)要求技術(shù)要求檢查地面測量目標(biāo)分系統(tǒng)的完備性和正確性技術(shù)要求，應(yīng)符合5要求。外場自動化測量分系統(tǒng)技術(shù)要求儀器設(shè)備配置檢查外場自動化測量分系統(tǒng)關(guān)于儀器設(shè)備配置的完備性和性能滿足度，應(yīng)符合6.1要求。儀器設(shè)備運(yùn)行檢查外場自動化測量分系統(tǒng)關(guān)于儀器設(shè)備運(yùn)行的技術(shù)要求滿足度，應(yīng)符合6.2要求。數(shù)據(jù)獲取檢查外場自動化測量分系統(tǒng)關(guān)于數(shù)據(jù)獲取的技術(shù)要求滿足度，應(yīng)符合6.3要求。外場測量數(shù)據(jù)自動處理分系統(tǒng)技術(shù)要求通則檢查外場測量數(shù)據(jù)自動處理分系統(tǒng)基本功能和業(yè)務(wù)流程的技術(shù)要求，應(yīng)符合7.1要求。測量數(shù)據(jù)自動篩選及預(yù)處理檢查外場測量數(shù)據(jù)自動處理分系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)自動篩選及預(yù)處理的技術(shù)要求，應(yīng)符合7.2要求。地面均勻目標(biāo)地表反射率光譜自動計(jì)算檢查外場測量數(shù)據(jù)自動處理分系統(tǒng)地面均勻目標(biāo)地表反射率光譜自動計(jì)算的技術(shù)要求，應(yīng)符合7.1要求。載荷無關(guān)大氣層頂光譜輻亮度/反射率自動計(jì)算分系統(tǒng)技術(shù)要求技術(shù)要求檢查載荷無關(guān)大氣層頂光譜輻亮度/反射率自動計(jì)算分系統(tǒng)的技術(shù)要求，應(yīng)符合8要求。遙感載荷自動化輻射定標(biāo)及不確定度計(jì)算分系統(tǒng)技術(shù)要求技術(shù)要求檢查遙感載荷自動化輻射定標(biāo)及不確定度計(jì)算分系統(tǒng)的技術(shù)要求，應(yīng)符合9要求。附 錄 A（資料性）遙感載荷外場自動化輻射定標(biāo)參數(shù)計(jì)算方法地面均勻目標(biāo)地表反射率光譜計(jì)算地面均勻目標(biāo)地表反射率光譜ρt（）由公式（1）求取：t()arget() （1）t式中：

Eirrad

()/et(2μ；d)——地面均勻目標(biāo)的入射光譜輻亮度，單位為瓦每平方米微米[W/(2；——波長，單位為微米[μm]。地面均勻目標(biāo)的入射光譜輻照度獲取通常采取兩種方式：作為地面均勻目標(biāo)的入射光譜輻照度Eirrad（）。計(jì)算方法見公式（2）：式中：

Eirrad

()Esolar()Esky() （2）irrad irradEsolar()——大氣輻射傳輸模型計(jì)算到達(dá)地表的太陽直射輻照度，單位為瓦每平方米微米[W/(2μ；Esky()——大氣輻射傳輸模型模擬到達(dá)地表天空輻照度，單位為瓦每平方米微米[W/(m2m)并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室測定的標(biāo)準(zhǔn)參考板光譜反射率，計(jì)算得到地面均勻目標(biāo)的入射光譜輻照度Eirrad（）。計(jì)算方法見公式（3）：E ()() （3）irrad

Ref

()式中：LRef()——目標(biāo)反射特性自動測量系統(tǒng)測量的標(biāo)準(zhǔn)參考板反射光譜輻亮度，單位為瓦每平方米球面度微米[W/(m2srμm)]Ref()——實(shí)驗(yàn)室測定的標(biāo)準(zhǔn)參考板光譜反射率，無量綱。載荷無關(guān)大氣層頂光譜輻亮度/反射率計(jì)算基于地面均勻目標(biāo)的地表反射率光譜、氣溶膠光學(xué)厚度、水汽含量等參數(shù)，利用大氣輻射傳輸模型（如MODTRAN或者6S）自動計(jì)算得到載荷無關(guān)的大氣層頂光譜輻亮度；在此基礎(chǔ)上，將載荷無關(guān)大氣層頂光譜輻亮度轉(zhuǎn)換成載荷無關(guān)大氣層頂光譜反射率，計(jì)算方法見公式（4）：TOA

()

()d2 （4）Esolar()式中：TOA()——載荷無關(guān)大氣層頂光譜反射率，無量綱；TOA[W/(2μ]；Elr()[W/(2μ；d——日地距離，單位為天文單位[Au]。遙感載荷自動化輻射定標(biāo)系數(shù)計(jì)算依據(jù)遙感載荷實(shí)際成像時(shí)間、觀測幾何等輔助信息，自動從載荷無關(guān)大氣層頂光譜輻亮度/反射率標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品文件中匹配和提取所需數(shù)據(jù)，并結(jié)合遙感載荷的通道光譜響應(yīng)函數(shù)，計(jì)算得到遙感載荷對應(yīng)波段的大氣層頂通道輻亮度/反射率。計(jì)算方法見公式（5）和公式（6）：LTOA

R()()d

2R()d

………………（5）i i iTOA

1 2R()TOA()d/

R()d （6）i i i1 1式中：iTOAL ——遙感載荷第i波段的大氣層頂通道輻亮度，單位為瓦每平方米球面度微米[W/(m2riTOAμm)]；iTOA——遙感載荷第i波段的大氣層頂通道反射率，無量綱；iRi()——遙感載荷第i波段的光譜響應(yīng)函數(shù)，無量綱；1和2——光譜響應(yīng)函數(shù)的光譜范圍，單位為微米[μm]；A)[W/(2μ；TOA()——載荷無關(guān)大氣層頂光譜反射率，無量綱?；谟?jì)算得到遙感載荷對應(yīng)波段的大氣層頂通道輻亮度/反射率，結(jié)合遙感載荷過境地面均勻目標(biāo)的實(shí)際觀測值，計(jì)算得到遙感載荷的輻射定標(biāo)系數(shù)。計(jì)算方法見公式（7）和公式（8）：LTOAGLi

…………………（7）ii ii Gii Gi

…………………（8）式中：

i iGL——遙感載荷第i波段的輻射定標(biāo)系數(shù)，單位為瓦每平方米每球面度每微米[W/m2/sr/μm]；iiG——遙感載荷第i波段的輻射定標(biāo)系數(shù)，無量綱；iDNi——遙感載荷第i波段的實(shí)際觀測值，無量綱。附 錄 B（資料性）遙感載荷外場自動化輻射定標(biāo)不確定度分析不確定度來源遙感載荷外場自動化輻射定標(biāo)全過程的不確定度來源主要包括以下方面：（比如中國計(jì)量科學(xué)研究院及電壓控制、漫反射板標(biāo)定、“燈-板”距離誤差、燈-板”系統(tǒng)安裝、漫反射板非均勻性；自動測量儀器野外測量環(huán)境變化的不確定度來源：一般需考慮自動測量儀器移動前后的穩(wěn)定性、儀器測量噪聲、儀器的溫度敏感性等；地面均勻目標(biāo)地表反射率光譜計(jì)算的不確定度來源：一般需考慮地面均勻目標(biāo)的入射輻照度勻目標(biāo)入射輻照度的不確定度來源一般包括儀器測量的標(biāo)準(zhǔn)參考板反射光譜輻亮度、標(biāo)準(zhǔn)參考板反射率、測量噪聲等；遙感載荷通道輻亮度/模式假設(shè)、地面目標(biāo)非均勻性、鄰近效應(yīng)等；布函數(shù)（BRDF）、地面-影像空間匹配誤差等。遙感載荷自動化輻射定標(biāo)不確定度來源的具體分析示例見附表B.1。不確定度評定在明確遙感載荷自動化輻射定標(biāo)不確定度的所有來源后，需計(jì)算各不確定度來源對定標(biāo)系數(shù)的不確定度貢獻(xiàn)，一般有三種可選方式：的不確定度。例如：光譜儀噪聲、雜散光、非線性等因素引起的不確定度的計(jì)算；其判斷的合理性。不確定度合成遙感載荷自動化輻射定標(biāo)由所有來源因素的不確定度合成，不確定度合成的計(jì)算公式見GB/T34509.1—2017附錄A。遙感載荷自動化輻射定標(biāo)不確定度分析示例見表B.1。表B.1遙感載荷自動化輻射定標(biāo)不確定度分析示例序號來源不確定度因素400nm500nm600nm700nm800nm900nm1000nm1標(biāo)準(zhǔn)燈輻照度標(biāo)定0.420.350.310.290.290.300.312標(biāo)準(zhǔn)燈老化及電壓控0.290.230.200.170.170.290.32制3漫反射板標(biāo)定0.280.280.280.290.310.320.324自動“燈-板”距離誤差0.200.200.200.200.200.200.20測量5“燈-板”系統(tǒng)安裝0.500.500.500.500.500.500.50儀器實(shí)驗(yàn)6漫反射板非均勻性0.290.290.290.290.290.290.29室定7標(biāo)光譜儀波長誤差5.001.501.501.501.501.505.008光譜儀響應(yīng)非線性0.600.370.280.280.280