环境卫星HJ1A超光谱成像仪在轨辐射定标及光谱响应函数敏感性分析
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亮度 曲线 的插值处 理 ，省 略 了光 谱 响应 函数计算 这 一环节 ， 实现 了超光谱成像仪 在轨辐射定标 。 虽然利用插值方 法可以得到超光谱成像仪各通道 的定 标
超光谱成像仪 的在 轨辐射定标主要采用辐射校 正场同步 测量 的方法实现 ，该方法也称为反 射率基 法 。场地 定标方 法
果的影响小 于 ３ ，采用新定标方法得 到的定标 系数可以满足应用 的需求 。
关键词
超光谱成像仪 ； 辐射定标 ；光谱响应 函数 ； 敏感性分析 ；敦煌校正场
文献标识码 ： Ａ Ｄ １ ０ ３ ６／． ｓ ． ０００ ９ （０ ０ １－１ ９０ Ｏ ：１． ９ ４ｊｉ ｎ １０ —５ ３ ２ １ ） １３ ４ —７ ｓ
谱成像仪 缺乏各通道光谱响应 函数这 一问题 ， 传统 的反射率 基法 予 以改进 ，提 出一 种不使 用光 谱响应 函 对 数 的场地定标 方法 。 利用敦煌 场地 ２ ０ 年 ８ ０９ 月定标 实验数据 ，实现 超光谱成像 仪在 轨辐射定 标 。通过构 建 不 同形状 的光谱 响应函数 ， 分析 光谱 响应 函数形状对最终辐射定 标结果产生的误差 。结果表 明，利用新提 出 的场地定标方 法可以实现超光谱成像仪绝对辐 射定标 ，除水汽 和氧气 吸收通 道外 ，光 谱响应 函数对 定标结
轨辐射定标［ 。结果表 明 ， 地定 标方 法可 以得到 卫星 在 ９ 场 轨运行期间 的各传感器绝 对辐射定标系数 ，在一定 程度上 满
足 定 量 化 遥 感 的需 求 。
同其他卫星 的多光谱传感 器相 比， 光谱成像 仪的一个 超 特 点是 光谱分辨率非 常高 ， 且在成像过程 中需要进行 傅 里叶 变换 ， 导致在卫 星发射 前无法测量得到超光 谱成像仪 各通道
第 ３ 卷 ， １ 期 Ｏ 第 １ ２０１０年 １１ 月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｖｏ ３， ｏ１，ｐ１９ １５ １ ０Ｎ ． １ｐ３４— ５ ． ３
Ｎｏ ｅ ｅ ，２ １ ｖ ｍｂ ｒ ０ ０
Ｓ ｅ ｔ ｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓ ｓ ｐ ｃｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔ ａ ａ ｙ ｉ
自 １８ 年 美 国亚 利 桑 那 大 学 Ｓａｅ 提 出 以来 ｌ ，受 到 了 国 ９７ ｌｔｒ ２ ３
收 稿 日期 ： ０ ９１ —２ ２ ０ —２２ ，修 订 日期 ：２ １ —３２ ０ ００ —６
基金项 目：国际科技合作项 目（０ ８ Ａ２ ５ ０ ，国防科技工业 民用专项科 研技术研究 项 目（ ７ ０ ０ Ｋ ） ２ ０ ＤＦ １４ ） ０ Ｋ０ １ ０ Ｊ ，国家高技术研 究发展 计划项 目 （０６ ２ ０ ＡＡ１Ｚ １ ） ２ １ ３ 和中国科 学院遥感应 用研究 所所长奖学金资助 作者简 介：高海亮 ，１ ８ 生，中国科学院遥感应用研究所遥感科学 国家重点实验室博士研究生 ９ ２年
的光谱分 辨率最低 ，为 ８ ９ ｎ，所有 通道 的平均 光谱 分辨 ． ２ｎ－ ｉ 率约 为 ５ｎ 超光谱成 像仪 具 有侧摆 功能 ，可实现 ±３ 。 ｍ。 Ｏ 的
侧摆 。 发射 前超 光谱成像仪实验室相对辐射定 标精度为 ５ ，
绝 对 定 标 精 度 为 ｌ 。 Ｏ
光谱 响应 函数 。 常规 的场地定标 方法 ，其 中重 要 的一个环 而 节 即将传感 器各通道 的光谱响应 函数代 人辐射传 输模型 ，通 过卷积等处 理 ， 到各通道 等效辐亮度 ，实现传 感器 的在 轨 得 辐射定标 。本文改进 了常规 的“ 射率基 法” 通 过对表 观辐 反 ，
４ ．河 南 大 学 ，河 南 开 封
１０ ０ ０ １１
１ ０ ４ ００９
１ ０ ０ ０１１
３ ．国家 航 天 局 航 天 遥 感 论 证 中心 ，北 京 ４ ５０ ７０ １
摘
要
环境 卫星 Ｈ １ Ｊ Ａ搭 载的超光 谱成 像仪 ＨＳ 是我 国第一 个对地 观测 的星 载高光谱 传感器 ，针对 超光 Ｉ
Ｃ Ｅ Ｓ系列 卫 星 、 Ｙ 系 列 卫 星 和 ＨＪ系 列 卫 星 进 行 多 次 在 Ｂ Ｒ Ｆ
于 ２０ 年 ９ ６日成功发 射 。卫星 轨道 高度 为 ６ ０ｋ ０８ 月 ５ ｍ，轨 道倾角约为 ９。 ８ ，回归周 期 为 ３ 。上面搭 载 的传感 器有 两 １ｄ 台相 同的 Ｃ Ｄ相 机和一 台超 光谱 成像 仪 。其 中 ，Ｃ Ｄ相 机 Ｃ Ｃ 的幅宽约为 ３ ０ｋ 重访周期为 ４ｄ 共 有 ４ ６ ｍ， ， 个波段 ， 分别 为 蓝 、 、红和近红外通道 ，空间分 辨率 为 ３ 绿 ０ｍ。超 光谱成像 仪的光谱范围为 ４ ０ ９０ｎ ３ ５ ￣ ５ ｎ，共有 １ ５个 波段 ，图像 的 空 ＿ １ 间分辨率为 １０ｍ， 宽约 为 ５ ｍ。超光谱 成像 仪采 用傅 ０ 幅 ０ｋ 里叶干涉 原理 成 像ｌ ，不 同波 段 的光 谱 分 辨 率 有 所 不 同， １ ］ ４０ｒ 通道的光谱分辨率最 高，约为 ２ ０ ｍ， ５ ｍ通道 ５ ｉ ｍ ． ８ｎ ９ ０ｎ
环境卫星 Ｈ １ Ｊ Ａ超 光 谱成 像 仪 在 轨 辐射 定 标及 光谱 响应 函数敏 感 性 分 析
高海亮 。 顾行发 ¨ ， ～， 余 涛 。 李小英 。 巩 慧Ｌ ～， ， ， 李家 国 ～， 朱光辉
１ ．中国科学 院遥感应用研究所遥感科学 国家重点实验室 ，北京 ２ ．中国科学 院研究生 院，北京
中图 分 类 号 ： ７ ２４ ＴＰ ２ ．
际相关 专家的认可 ， 该方 法 已经成为卫 星在 轨期 间必 然采用
百度文库
引 言
环 境 卫 星 ＨＪ Ａ 是 我 国 环 境 减 灾 系 列 卫 星 的 第 一 颗 星 ， １
的定 标 方 法 之 一 ，成 功 对 Ｌ ｎ ｓｔＴＭ／ ＴＭ ＋，ＭＯ Ｓ ａ ｄａ Ｅ ＤＩ ， ＡＳ Ｅ Ｔ Ｒ，ＭＩＲ，Ｓ ＯＴ和 Ｓ ａ Ｆ Ｓ Ｐ ｅＷｉＳ等多 颗卫星 实现 在轨 辐 射定标 ］ 。国内从 上个 世 纪末 开始 ，建 立 了敦 煌 和青海 湖 两个 国家级 辐射 校正场 ， 分别对 可见近红外卫 星及热红外 卫 星开 展 在 轨 定 标 实 验 ，经 过 １ ０多 年 的 发 展 ，对 我 国 的
超光谱成像仪 的在 轨辐射定标主要采用辐射校 正场同步 测量 的方法实现 ，该方法也称为反 射率基 法 。场地 定标方 法
果的影响小 于 ３ ，采用新定标方法得 到的定标 系数可以满足应用 的需求 。
关键词
超光谱成像仪 ； 辐射定标 ；光谱响应 函数 ； 敏感性分析 ；敦煌校正场
文献标识码 ： Ａ Ｄ １ ０ ３ ６／． ｓ ． ０００ ９ （０ ０ １－１ ９０ Ｏ ：１． ９ ４ｊｉ ｎ １０ —５ ３ ２ １ ） １３ ４ —７ ｓ
谱成像仪 缺乏各通道光谱响应 函数这 一问题 ， 传统 的反射率 基法 予 以改进 ，提 出一 种不使 用光 谱响应 函 对 数 的场地定标 方法 。 利用敦煌 场地 ２ ０ 年 ８ ０９ 月定标 实验数据 ，实现 超光谱成像 仪在 轨辐射定 标 。通过构 建 不 同形状 的光谱 响应函数 ， 分析 光谱 响应 函数形状对最终辐射定 标结果产生的误差 。结果表 明，利用新提 出 的场地定标方 法可以实现超光谱成像仪绝对辐 射定标 ，除水汽 和氧气 吸收通 道外 ，光 谱响应 函数对 定标结
轨辐射定标［ 。结果表 明 ， 地定 标方 法可 以得到 卫星 在 ９ 场 轨运行期间 的各传感器绝 对辐射定标系数 ，在一定 程度上 满
足 定 量 化 遥 感 的需 求 。
同其他卫星 的多光谱传感 器相 比， 光谱成像 仪的一个 超 特 点是 光谱分辨率非 常高 ， 且在成像过程 中需要进行 傅 里叶 变换 ， 导致在卫 星发射 前无法测量得到超光 谱成像仪 各通道
第 ３ 卷 ， １ 期 Ｏ 第 １ ２０１０年 １１ 月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｖｏ ３， ｏ１，ｐ１９ １５ １ ０Ｎ ． １ｐ３４— ５ ． ３
Ｎｏ ｅ ｅ ，２ １ ｖ ｍｂ ｒ ０ ０
Ｓ ｅ ｔ ｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓ ｓ ｐ ｃｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔ ａ ａ ｙ ｉ
自 １８ 年 美 国亚 利 桑 那 大 学 Ｓａｅ 提 出 以来 ｌ ，受 到 了 国 ９７ ｌｔｒ ２ ３
收 稿 日期 ： ０ ９１ —２ ２ ０ —２２ ，修 订 日期 ：２ １ —３２ ０ ００ —６
基金项 目：国际科技合作项 目（０ ８ Ａ２ ５ ０ ，国防科技工业 民用专项科 研技术研究 项 目（ ７ ０ ０ Ｋ ） ２ ０ ＤＦ １４ ） ０ Ｋ０ １ ０ Ｊ ，国家高技术研 究发展 计划项 目 （０６ ２ ０ ＡＡ１Ｚ １ ） ２ １ ３ 和中国科 学院遥感应 用研究 所所长奖学金资助 作者简 介：高海亮 ，１ ８ 生，中国科学院遥感应用研究所遥感科学 国家重点实验室博士研究生 ９ ２年
的光谱分 辨率最低 ，为 ８ ９ ｎ，所有 通道 的平均 光谱 分辨 ． ２ｎ－ ｉ 率约 为 ５ｎ 超光谱成 像仪 具 有侧摆 功能 ，可实现 ±３ 。 ｍ。 Ｏ 的
侧摆 。 发射 前超 光谱成像仪实验室相对辐射定 标精度为 ５ ，
绝 对 定 标 精 度 为 ｌ 。 Ｏ
光谱 响应 函数 。 常规 的场地定标 方法 ，其 中重 要 的一个环 而 节 即将传感 器各通道 的光谱响应 函数代 人辐射传 输模型 ，通 过卷积等处 理 ， 到各通道 等效辐亮度 ，实现传 感器 的在 轨 得 辐射定标 。本文改进 了常规 的“ 射率基 法” 通 过对表 观辐 反 ，
４ ．河 南 大 学 ，河 南 开 封
１０ ０ ０ １１
１ ０ ４ ００９
１ ０ ０ ０１１
３ ．国家 航 天 局 航 天 遥 感 论 证 中心 ，北 京 ４ ５０ ７０ １
摘
要
环境 卫星 Ｈ １ Ｊ Ａ搭 载的超光 谱成 像仪 ＨＳ 是我 国第一 个对地 观测 的星 载高光谱 传感器 ，针对 超光 Ｉ
Ｃ Ｅ Ｓ系列 卫 星 、 Ｙ 系 列 卫 星 和 ＨＪ系 列 卫 星 进 行 多 次 在 Ｂ Ｒ Ｆ
于 ２０ 年 ９ ６日成功发 射 。卫星 轨道 高度 为 ６ ０ｋ ０８ 月 ５ ｍ，轨 道倾角约为 ９。 ８ ，回归周 期 为 ３ 。上面搭 载 的传感 器有 两 １ｄ 台相 同的 Ｃ Ｄ相 机和一 台超 光谱 成像 仪 。其 中 ，Ｃ Ｄ相 机 Ｃ Ｃ 的幅宽约为 ３ ０ｋ 重访周期为 ４ｄ 共 有 ４ ６ ｍ， ， 个波段 ， 分别 为 蓝 、 、红和近红外通道 ，空间分 辨率 为 ３ 绿 ０ｍ。超 光谱成像 仪的光谱范围为 ４ ０ ９０ｎ ３ ５ ￣ ５ ｎ，共有 １ ５个 波段 ，图像 的 空 ＿ １ 间分辨率为 １０ｍ， 宽约 为 ５ ｍ。超光谱 成像 仪采 用傅 ０ 幅 ０ｋ 里叶干涉 原理 成 像ｌ ，不 同波 段 的光 谱 分 辨 率 有 所 不 同， １ ］ ４０ｒ 通道的光谱分辨率最 高，约为 ２ ０ ｍ， ５ ｍ通道 ５ ｉ ｍ ． ８ｎ ９ ０ｎ
环境卫星 Ｈ １ Ｊ Ａ超 光 谱成 像 仪 在 轨 辐射 定 标及 光谱 响应 函数敏 感 性 分 析
高海亮 。 顾行发 ¨ ， ～， 余 涛 。 李小英 。 巩 慧Ｌ ～， ， ， 李家 国 ～， 朱光辉
１ ．中国科学 院遥感应用研究所遥感科学 国家重点实验室 ，北京 ２ ．中国科学 院研究生 院，北京
中图 分 类 号 ： ７ ２４ ＴＰ ２ ．
际相关 专家的认可 ， 该方 法 已经成为卫 星在 轨期 间必 然采用
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引 言
环 境 卫 星 ＨＪ Ａ 是 我 国 环 境 减 灾 系 列 卫 星 的 第 一 颗 星 ， １
的定 标 方 法 之 一 ，成 功 对 Ｌ ｎ ｓｔＴＭ／ ＴＭ ＋，ＭＯ Ｓ ａ ｄａ Ｅ ＤＩ ， ＡＳ Ｅ Ｔ Ｒ，ＭＩＲ，Ｓ ＯＴ和 Ｓ ａ Ｆ Ｓ Ｐ ｅＷｉＳ等多 颗卫星 实现 在轨 辐 射定标 ］ 。国内从 上个 世 纪末 开始 ，建 立 了敦 煌 和青海 湖 两个 国家级 辐射 校正场 ， 分别对 可见近红外卫 星及热红外 卫 星开 展 在 轨 定 标 实 验 ，经 过 １ ０多 年 的 发 展 ，对 我 国 的