【儀表網 儀表研發】衛星遙感器在軌運行期間，除了利用星載黑體進行在軌輻射定標外，還需定期開展野外輻射校正場的替代定標工作。目前我國在野外輻射校正場的替代定標主要以人工現場測量的方式進行，所選取的輻射定標場一般為地物特征單一的偏遠地區，外場定標頻次較低(1~2次/年)，難以準確反映衛星載荷的性能變化并對其及時進行校正。如何提高衛星遙感器外場定標的頻次和時效性，保證分析遙感器衰變的有效數據量，對提高衛星遙感器的外場定標精度具有重要意義。
根據衛星遙感器的高頻次外場定標需求，結合熱紅外波段衛星遙感器的發展趨勢，中國計量科學研究院紅外遙感領域計量創新研究團隊設計并研制了具備自動化觀測能力的多通道自校準熱紅外輻射計(Multi-channel Self-calibration Thermal Infrared Radiometer，MSTIR)，用于外場地表光譜輻亮度和輻亮度溫度的自動化長期觀測。將獲取的觀測結果結合地表溫度和發射率分離算法，可得到地表的光譜發射率數據和真實溫度，為衛星遙感器的外場定標實驗提供數據支撐。該研究成果已發表于《計量科學與技術-中國計量科學研究院專刊(2022)》。
亮點創新
提出將雙溫區高精度黑體與鍍金反射鏡相結合的定標方式，實現了野外多通道熱紅外輻射計的高頻次自校準，保障了測量量值的高精度和可溯源性。
利用前置45°鍍金反射鏡旋轉的方式測量幾乎同一時刻的地表輻亮度和大氣下行輻亮度，減少了測量步驟，保證了測量數據的時效性。
研制的多通道自校準熱紅外輻射計，支持長時間無人值守的自動化運行，兼具遠程操控和測量數據遠距離無線傳輸的特點，使用更加便捷。
主要成果
(1)設計并研制了具備自動化觀測能力的多通道自校準熱紅外輻射計，用于外場地表輻射亮度和大氣下行輻射亮度的自動化測量，配備了高/低溫黑體可實現對內部探測系統的實時校準，保證外場長期測量精度和量值可溯源性。根據星地光譜匹配要求，在8 ~ 14 μm光譜范圍內適配了四個光譜通道。
(2)利用高精度黑體輻射定標源，完成了MSTIR的實驗室定標，定標后的MSTIR可用于測量目標的實際通道輻射亮度。
(3)為檢驗MSTIR在外場應用時的性能，在青海格爾木開展了為期兩天的場地紅外特性測量實驗，選取的地表類型為戈壁，得到了四個紅外光譜通道的地表及大氣下行輻亮度結果。
(4)利用外場實測的地表及大氣下行輻亮度結果，結合多通道溫度與發射率分離算法(MTES)進行反演計算，獲取場地的通道發射率和真實溫度值如圖2所示，該結果可用于計算衛星遙感器入瞳處輻亮度。
此項研究得到了國家重點研發計劃(2018YFB050480302)的支持。
團隊介紹
中國計量科學研究院紅外遙感領域計量創新研究團隊，在紅外遙感計量技術和新型紅外遙感載荷定標技術等相關領域開展研究，團隊負責人為郝小鵬研究員。
在實驗室定標方面，建立了我國真空低背景紅外高光譜亮溫標準裝置(VRTSF)，為FY-3、FY-4、GF-5、資源和海洋系列衛星紅外遙感載荷開展了大量的計量校準服務，支撐了我國航天遙感技術高定量化的發展；
在星上定標方面，承擔了風云三號05星高光譜大氣成像儀、中分辨光譜儀等在內的多個型號任務的空間黑體輻射源的研制，保證了我國高定量化紅外載荷的高精度定標要求；
在外場定標方面，研制了多種外場觀測設備，如地/水表面紅外輻射測溫儀、水體剖面溫度測量儀和多通道自校準熱紅外輻射計，經過不斷改進優化，已形成多代產品，為熱紅外波段衛星載荷的外場定標實驗提供數據支撐。
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