16米红外高光谱光学卫星星座(2颗)大气校正仪产品生成软件项目,正式启动!  大气校正仪获取的数据需要首先进行预处理和水汽、气溶胶参数同步反演,获得大气校正仪的水汽和气溶胶的校正参数,再对主载荷进行同步大气校正。为此,课题组将自主研发16米红外高光谱光学卫星星座(2颗)大气校正仪产品生成软件。    为什么要进行大气校正仪  大气校正是指传感器最终测得的地面目标的总辐射亮度并不是地表真实反射率的反映,其中包含了由大气吸收,尤其是散射作用造成的辐射量误差。大气校正就是消除这些由大气影响所造成的辐射误差,反演地物真实的表面反射率的过程。  主要分为两种类型:统计型和物理型。  统计型是基于陆地表面变量和遥感数据的相关关系,优点在于容易建立并且可以有效地概括从局部区域获取的数据。而辐射校正指在光学遥感数据获取过程中,产生的一切与辐射有关的误差的校正(包括辐射定标和大气校正)。  大气校正仪  用于卫星遥感图像数据的定量化。该通过时间同步和空间覆盖的探测方式获取被校正图像对应的角度、光谱、偏振三个维度的大气信息,实现气溶胶和水汽的高精度参数的反演;将反演获取的大气参数作为输入条件,利用辐射传输模型进行遥感图像的高精度大气校正。仪器采用天底(0°)和前向(55°)两个方向观测,具有8个探测波段,覆盖可见到短波红外(0.49~2.25 μm)波段,其中5个波段具备偏振探测能力;采用高精度一体化结构设计保证各偏振探测通道的视场重合精度,降低偏振探测目标不一致引起的偏振测量误差。

安徽光机所研制的环境减灾二号卫星大气校正仪分系统,在安徽合肥通过了航天东方红卫星有限公司组织的鉴定产品交付验收评审。 环境减灾二号卫星是国家民用空间基础设施遥感卫星系统中分辨率光学观测星座中的重要组成部分,由两颗技术状态完全相同的卫星组成,每颗卫星均装载一台大气校正仪。由安徽光机所承担研制任务的大气校正仪通过穿轨扫描探测,同时获取与卫星主载荷16米相机同视场的大气多谱段信息,通过时间同步和空间覆盖的探测方式获取光谱和偏振信息,实现气溶胶和水汽的高精度探测及反演,获取成像区域上空的大气参数。以此大气参数为输入,基于辐射传输的地面大气校正模型开展对16米相机等载荷图像校正,得到更为清晰的地表图像,以满足16米相机等图像数据产品大气校正的应用需求。 3月27至28日,东方红公司在合肥对大气校正仪分系统鉴定产品进行了验收测试,对产品的机械接口、电接口、功能与性能进行了测试,测试结果满足大气校正仪鉴定产品技术要求的规定。4月18至19日,专家组审查了鉴定产品数据包资料,听取了大气校正仪鉴定产品研制与质量总结和产品保证总结,认为大气校正仪分系统鉴定产品完成了研制技术流程规定的各项工作,功能、性能及接口满足要求,依据第五研究院院长令、型号产保要求、产保大纲和产保工作计划,开展并完成了产品保证等相关工作,产品数据包齐全、完整,一致同意通过鉴定产品交付验收评审。 东方红公司对安光所大气校正仪研制团队寄予了厚望。评审专家指出,环境减灾二号卫星的创新点主要在大气校正仪的研制上,希望研制团队全面完成大气校正仪既定的各项指标,以实现卫星既定的大气校正功能。安光所研制团队则在鉴定验收评审会上表示,一定竭尽所能完成卫星载荷大气校正仪的研制任务。

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整层大气的总的气溶胶光学厚度为τλ,在计算总光学厚度的时候,与太阳光度计的定标常数V0,λ、太阳光度计实测值Vλ等有关系,则由仪器定标误差引起的总光学厚度误差可以表示为[9]:

3月27至28日,东方红公司在合肥对大气校正仪分系统鉴定产品进行了验收测试,对产品的机械接口、电接口、功能与性能进行了测试,测试结果满足大气校正仪鉴定产品技术要求的规定。4月18至19日,专家组审查了鉴定产品数据包资料,听取了大气校正仪鉴定产品研制与质量总结和产品保证总结,认为大气校正仪分系统鉴定产品完成了研制技术流程规定的各项工作,功能、性能及接口满足要求,依据第五研究院院长令、型号产保要求、产保大纲和产保工作计划,开展并完成了产品保证等相关工作,产品数据包齐全、完整,一致同意通过鉴定产品交付验收评审。

随着技术的发展和成熟,CE318作为地基遥感监测网络的基本仪器,将在大气气溶胶网络化、自动化监测领域发挥越来越重要的作用。本文介绍了CE318的基本结构和各组成部件的功能,并从高精度分光探测、高精度太阳跟踪对准、自动化测量三个方面分析了该仪器的关键技术,较为深入地把握了CE318的工作原理和方法。进一步分析了CE318在仪器自身、仪器定标和计算反演三个方面的误差,明确了仪器的误差来源,为仪器维护、提高仪器稳定性、提高仪器观测精度和观测数据分析等方面提供了支持,对基于CE318的大气气溶胶地基遥感观测的高精度发展有着一定的参考意义。

环境减灾二号卫星是国家民用空间基础设施遥感卫星系统中分辨率光学观测星座中的重要组成部分,由两颗技术状态完全相同的卫星组成,每颗卫星均装载一台大气校正仪。4月19日,安徽光机所研制的环境减灾二号卫星大气校正仪分系统,在安徽合肥通过了航天东方红卫星有限公司组织的鉴定产品交付验收评审。

CE318根据自动测量程序实现自动太阳跟踪扫描观测,自动将数据存储并定时传到计算机保存,实现野外长期无人值守工作,其高精度、高稳定性的自动观测是其重要的特征。

环境减灾二号卫星大气校正仪分系统由安徽光机所承担研制任务的大气校正仪通过穿轨扫描探测,同时获取与卫星主载荷16米相机同视场的大气多谱段信息,通过时间同步和空间覆盖的探测方式获取光谱和偏振信息,实现气溶胶和水汽的高精度探测及反演,获取成像区域上空的大气参数。以此大气参数为输入,基于辐射传输的地面大气校正模型开展对16米相机等载荷图像校正,得到更为清晰的地表图像,以满足16米相机等图像数据产品大气校正的应用需求。

CE318的分光方法是利用多个窄带滤光片组成的滤光轮,由步进电机带动滤光轮旋转切

东方红公司对安光所大气校正仪研制团队寄予了厚望。评审专家指出,环境减灾二号卫星的创新点主要在大气校正仪的研制上,希望研制团队全面完成大气校正仪既定的各项指标,以实现卫星既定的大气校正功能。安光所研制团队则在鉴定验收评审会上表示,一定竭尽所能完成卫星载荷大气校正仪的研制任务。

2.3 自动化测量

CE318仪器正常工作温度为摄氏零下30度到60度,工作温差范围达到90度,所以温度效应误差也是必须考虑的问题。温度会影响整个仪器的工作,其作用的对象主要是光电探测器和电子电路系统,包括系统中的各个元器件。CE318探测可见光波段的光电探测器是HAMAMATSU PHOTONIC公司生产的S1336系列硅光电二极管,如图2所示,该光电探测器对于各个波段的温度效应影响,在300nm到900nm之间基本没有,对于CE318的主要影响表现在1020nm波段,以工作标准温度为基准,每变化1摄氏度,探测精度误差可达到0.3%左右,如果有30多摄氏度的温度差异,CE318的光电探测器在1020nm处的数据误差就将达到10%以上,这样的误差是巨大的,如果不考虑温度效应的误差影响,利用此观测数据计算和反演得出的结果必将出现错误。

3.1 仪器自身误差 3.1.1 温度效应误差

3.3 计算反演误差

标准光源的室内定标简单易行,室内环境可控性大,但是不同标准光源存在着5%-10%的相对误差,因此存在着较大的不确定性[10]。目前,室内定标使用的标准光源多为积分球辐射源,通过精密的光学结构设计和高精度的电源控制,可以实现较高的面均匀性和输出稳定性。但是仍然在各个波段仍然存在着2%-3%的综合不确定度,如表2所示[11]。

式中F为辐射通量密度(又称辐照度),m为大气质量数,ΔΩ为仪器的立体角,ω为单词散射反照率,τ是总的光学厚度,P(θ)是总的散射相函数方程,q(θ)表示多次散射作用效果,θ表示散射角度。由式(2)知,太阳光度计的立体角天空辐射测量值的影响呈线性关系,若视场角误差达到5%,则对于天空辐射测量值得影响也可达到5%,这么大的误差会给计算反演过程带来很大的误差和不确定性。

AOD作为反演气溶胶光学特性参数时的重要部分,计算AOD时的误差Δτa,λ,比然会引起后续反演计算时的误差,根据误差传递原则,最终得出的结果必然存在更大的误差和不确定性。因此,计算AOD和气溶胶光学特性参数反演时的误差控制的主要方法是对计算参数精度的把握和数学方法的科学合理应用。