【研究进展】多通道自校准热红外辐射计的研制和外场应用
- 2022/10/6 8:40:50 16126
- 来源：中国计量科学研究院
【仪表网 仪表研发】卫星遥感器在轨运行期间，除了利用星载黑体进行在轨辐射定标外，还需定期开展野外辐射校正场的替代定标工作。目前我国在野外辐射校正场的替代定标主要以人工现场测量的方式进行，所选取的辐射定标场一般为地物特征单一的偏远地区，外场定标频次较低(1~2次/年)，难以准确反映卫星载荷的性能变化并对其及时进行校正。如何提高卫星遥感器外场定标的频次和时效性，保证分析遥感器衰变的有效数据量，对提高卫星遥感器的外场定标精度具有重要意义。
根据卫星遥感器的高频次外场定标需求，结合热红外波段卫星遥感器的发展趋势，中国计量科学研究院红外遥感领域计量创新研究团队设计并研制了具备自动化观测能力的多通道自校准热红外辐射计(Multi-channel Self-calibration Thermal Infrared Radiometer，MSTIR)，用于外场地表光谱辐亮度和辐亮度温度的自动化长期观测。将获取的观测结果结合地表温度和发射率分离算法，可得到地表的光谱发射率数据和真实温度，为卫星遥感器的外场定标实验提供数据支撑。该研究成果已发表于《计量科学与技术-中国计量科学研究院专刊(2022)》。
亮点创新
提出将双温区高精度黑体与镀金反射镜相结合的定标方式，实现了野外多通道热红外辐射计的高频次自校准，保障了测量量值的高精度和可溯源性。
利用前置45°镀金反射镜旋转的方式测量几乎同一时刻的地表辐亮度和大气下行辐亮度，减少了测量步骤，保证了测量数据的时效性。
研制的多通道自校准热红外辐射计，支持长时间无人值守的自动化运行，兼具远程操控和测量数据远距离无线传输的特点，使用更加便捷。
主要成果
(1)设计并研制了具备自动化观测能力的多通道自校准热红外辐射计，用于外场地表辐射亮度和大气下行辐射亮度的自动化测量，配备了高/低温黑体可实现对内部探测系统的实时校准，保证外场长期测量精度和量值可溯源性。根据星地光谱匹配要求，在8 ~ 14 μm光谱范围内适配了四个光谱通道。
(2)利用高精度黑体辐射定标源，完成了MSTIR的实验室定标，定标后的MSTIR可用于测量目标的实际通道辐射亮度。
(3)为检验MSTIR在外场应用时的性能，在青海格尔木开展了为期两天的场地红外特性测量实验，选取的地表类型为戈壁，得到了四个红外光谱通道的地表及大气下行辐亮度结果。
(4)利用外场实测的地表及大气下行辐亮度结果，结合多通道温度与发射率分离算法(MTES)进行反演计算，获取场地的通道发射率和真实温度值如图2所示，该结果可用于计算卫星遥感器入瞳处辐亮度。
此项研究得到了国家重点研发计划(2018YFB050480302)的支持。
团队介绍
中国计量科学研究院红外遥感领域计量创新研究团队，在红外遥感计量技术和新型红外遥感载荷定标技术等相关领域开展研究，团队负责人为郝小鹏研究员。
在实验室定标方面，建立了我国真空低背景红外高光谱亮温标准装置(VRTSF)，为FY-3、FY-4、GF-5、资源和海洋系列卫星红外遥感载荷开展了大量的计量校准服务，支撑了我国航天遥感技术高定量化的发展；
在星上定标方面，承担了风云三号05星高光谱大气成像仪、中分辨光谱仪等在内的多个型号任务的空间黑体辐射源的研制，保证了我国高定量化红外载荷的高精度定标要求；
在外场定标方面，研制了多种外场观测设备，如地/水表面红外辐射测温仪、水体剖面温度测量仪和多通道自校准热红外辐射计，经过不断改进优化，已形成多代产品，为热红外波段卫星载荷的外场定标实验提供数据支撑。
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