海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器星上輻射定標(biāo)技術(shù)規(guī)范

編制說明

一、概況

1.1任務(wù)來源

2023年7月24日，自然資源部下達(dá)《2023年度自然資源標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作

計(jì)劃》（自然資辦發(fā)[2023]30號(hào)），本文件是自然資源部發(fā)布的2023年自然資源

衛(wèi)星應(yīng)用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃項(xiàng)目之一，標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃名稱《海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器星

上輻射定標(biāo)技術(shù)規(guī)范》，項(xiàng)目編號(hào)：202333005。本文件由全國地理信息標(biāo)準(zhǔn)化

技術(shù)委員會(huì)衛(wèi)星應(yīng)用分技術(shù)委員會(huì)歸口，由國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心牽頭起草。

計(jì)劃周期：24個(gè)月。

1.2目的意義

隨著航天技術(shù)的快速發(fā)展，海洋水色衛(wèi)星遙感已逐漸成為獲取海洋水色信

息的重要手段。海洋水色衛(wèi)星是一種利用所搭載的傳感器對(duì)海面進(jìn)行光學(xué)探測

來獲取有關(guān)海洋水色信息的衛(wèi)星。它有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)海洋觀測手段的不足，使

人類極大地加深了對(duì)海洋的認(rèn)識(shí)。自1978年，美國發(fā)射的云雨-7衛(wèi)星上裝載的

海岸帶水色掃描儀（CZCS）證明了海洋水色遙感的可行性以來，海洋水色遙感

技術(shù)不斷進(jìn)步，經(jīng)歷了海洋觀測寬視場傳感器（SeaWiFS）、中分辨率成像光譜

儀（MODIS）、中等分辨率成像光譜儀（MERIS）、可見光紅外成像輻射儀（VIIRS）、

地球同步海洋水色成像儀（GOCI）、海洋與陸地顏色儀（OLCI）等多代衛(wèi)星的

發(fā)展。目前，海洋水色衛(wèi)星逐漸應(yīng)用于海洋漁業(yè)資源保護(hù)、漁場現(xiàn)狀評(píng)估、海

岸帶資源調(diào)查、河口及鄰近海域污染監(jiān)測與環(huán)境評(píng)估、海洋權(quán)益維護(hù)以及全球

環(huán)境變化研究等諸多領(lǐng)域，具有很高的實(shí)際應(yīng)用和科學(xué)研究價(jià)值，在全球碳循

1

環(huán)、初級(jí)生產(chǎn)力以及海洋與海岸帶環(huán)境變化等方面有著不可替代的重要作用，

越來越受到人們的重視。

由于海洋水色衛(wèi)星多用于定量應(yīng)用，需要精確探測輻亮度的數(shù)值，因此確

定各波段探測到的數(shù)碼值（DN）與入瞳輻亮度之間的準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)關(guān)系非常重要。

一般在發(fā)射之前會(huì)對(duì)傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)，其中包括輻射定標(biāo)與光譜定標(biāo)。

然而，衛(wèi)星傳感器在運(yùn)輸、發(fā)射的過程中，會(huì)受到環(huán)境變化、沖擊、振動(dòng)等不

可避免因素的影響，其光機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)往往會(huì)發(fā)生改變；同時(shí)，在傳感器長期的

在軌運(yùn)行期間，由于光學(xué)元件、探測器電子器件的老化，也會(huì)造成傳感器響應(yīng)

度的下降，使得發(fā)射前的實(shí)驗(yàn)室輻射定標(biāo)結(jié)果不再適用。為獲得入瞳輻亮度的

準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，對(duì)在軌海洋水色衛(wèi)星進(jìn)行在軌輻射定標(biāo)，跟蹤其性能變化非常有必

要。目前，水色衛(wèi)星在軌輻射定標(biāo)方法主要包括交叉定標(biāo)、替代定標(biāo)和星上輻

射定標(biāo)。其中，星上輻射定標(biāo)是通過安裝在衛(wèi)星上的定標(biāo)裝置來實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器

的定標(biāo)，具有高頻率和高精度的特點(diǎn)，其在上述三種在軌定標(biāo)方法中具有最高

的輻射定標(biāo)精度。

在上述背景之下，由于近年來我國海洋水色衛(wèi)星快速發(fā)展，為滿足水色衛(wèi)

星定量化應(yīng)用需求，需要通過星上輻射定標(biāo)技術(shù)對(duì)傳感器輻射響應(yīng)隨時(shí)間的變

化進(jìn)行校正，從而提高國產(chǎn)衛(wèi)星傳感器的定標(biāo)精度和衛(wèi)星產(chǎn)品的數(shù)據(jù)質(zhì)量。但

是由于星上輻射定標(biāo)技術(shù)在我國處于發(fā)展的起步階段，目前國內(nèi)還沒有國家或

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可以遵循，存在定標(biāo)流程不規(guī)范統(tǒng)一、精度要求不明確等問題，影響

海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器的星上輻射定標(biāo)精度。因此，急需制定海洋水色衛(wèi)星

光學(xué)傳感器星上輻射定標(biāo)技術(shù)規(guī)范，來指導(dǎo)傳感器星上輻射定標(biāo)的規(guī)范性，提

高我國業(yè)務(wù)化海洋衛(wèi)星水色傳感器的輻射定標(biāo)精度，進(jìn)一步拓展我國海洋水色

衛(wèi)星產(chǎn)品的應(yīng)用潛力。本項(xiàng)目擬制定并確定海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器星上輻射

2

定標(biāo)的總體規(guī)定、處理流程，規(guī)定了數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、星上輻射定標(biāo)過程、定標(biāo)結(jié)果

計(jì)算和定標(biāo)誤差分析等內(nèi)容。

1.3主要起草人及工作分工

編制任務(wù)下達(dá)后，國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心為牽頭單位，聯(lián)合中國海洋大學(xué)

和中國海洋大學(xué)三亞海洋研究院等參加單位，共同成立了編制組。編制組成員

包括總體技術(shù)負(fù)責(zé)人和長期從事海洋衛(wèi)星遙感應(yīng)用、海洋衛(wèi)星水色傳感器輻射

定標(biāo)專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)人員，編制組成員分工合作開展標(biāo)準(zhǔn)各章節(jié)的編寫，編制

組主要人員組成及分工見表1。

表1編制組人員分工

序號(hào)姓名單位任務(wù)分工備注

1彭海龍國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心起草此項(xiàng)目的目的、意義和規(guī)范

確立此項(xiàng)目的范圍、主要技術(shù)內(nèi)容和時(shí)

陳樹果中國海洋大學(xué)

2間進(jìn)度安排等

中國海洋大學(xué)三亞海洋

李思聰撰寫并明確星上輻射定標(biāo)的詳細(xì)流程

3研究院

4王俊幃中國海洋大學(xué)項(xiàng)目建議書的編寫與完善

5宋慶君國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心項(xiàng)目實(shí)施方案的編寫與完善

6胡連波中國海洋大學(xué)項(xiàng)目建議書的編寫與完善

7張亭祿中國海洋大學(xué)撰寫常用名詞和術(shù)語的定義

8周武國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心規(guī)定發(fā)射前定標(biāo)和相關(guān)參數(shù)配置

9穆博國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心撰寫并明確定標(biāo)頻次以及數(shù)據(jù)處理流程

撰寫并明確定標(biāo)過程中的條件限制與誤

楊晟國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心

10差來源

11張宇飛國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心撰寫并明確定標(biāo)過程中的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

3

12騰和麗國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心撰寫常用名詞

1.4主要工作過程

1.4.1征求意見稿階段

2023年6月~2023年10月，編制組開展了大量的調(diào)研工作，包括國內(nèi)外有

關(guān)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，以及《海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器星上輻射定標(biāo)技術(shù)規(guī)范》的實(shí)施

情況，編制組開始起草標(biāo)準(zhǔn)草案。

2023年11月~2024年8月，以標(biāo)準(zhǔn)草案為基礎(chǔ)，編制組以電話、社交軟件、

電子郵件和視頻會(huì)議的形式與海洋衛(wèi)星遙感領(lǐng)域生產(chǎn)作業(yè)單位、大學(xué)、科研院

所的多位技術(shù)專家和生產(chǎn)專家進(jìn)行多次交流探討，并根據(jù)專家意見對(duì)標(biāo)準(zhǔn)草案

進(jìn)行修改完善，于2024年8月完成了標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿和編制說明。

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的依據(jù)

2.1標(biāo)準(zhǔn)編制原則

2.1.1一致性與規(guī)范性

本文件涉及的對(duì)象是海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器，采用的手段是星上輻射定

標(biāo)，因此規(guī)范中的術(shù)語及內(nèi)容與GB/T3102.6-1993《光及有關(guān)電磁輻射的量和單

位》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相互協(xié)調(diào)，保持標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容間的一致性，避免新制定標(biāo)準(zhǔn)同已經(jīng)

頒布實(shí)施或正在報(bào)批的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之間的沖突和矛盾。標(biāo)準(zhǔn)編制的所有階段均遵

守國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和

起草規(guī)則》的規(guī)定，保證標(biāo)準(zhǔn)編制的規(guī)范性。

2.1.2科學(xué)性與系統(tǒng)性

本文件采用衛(wèi)星對(duì)日觀測數(shù)據(jù)對(duì)海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器進(jìn)行星上輻射定

標(biāo)，根據(jù)不同數(shù)據(jù)特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和處理，開展海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感

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器星上絕對(duì)輻射定標(biāo)系數(shù)的計(jì)算和定標(biāo)過程的誤差分析。整個(gè)定標(biāo)流程依據(jù)內(nèi)

容完整、技術(shù)規(guī)范、步驟合理的原則，在數(shù)據(jù)讀取、誤差修正、太陽定標(biāo)時(shí)機(jī)

選擇、漫反射板觀測角度選擇、定標(biāo)過程中的日地距離校正、衰減入射太陽光、

漫反射板衰減校正、漫反射板輻亮度、星上絕對(duì)輻射定標(biāo)系數(shù)計(jì)算與定標(biāo)誤差

分析等方面開展相關(guān)內(nèi)容的編制，使本規(guī)范具有科學(xué)性和系統(tǒng)性。

2.1.3有效性與可靠性

海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器星上輻射定標(biāo)技術(shù)規(guī)范是基于編制組在國產(chǎn)海洋

水色衛(wèi)星在軌輻射定標(biāo)方面的經(jīng)驗(yàn)積累和總結(jié)編制的，伴隨相關(guān)工作的不斷開

展和深入，補(bǔ)充加入新的內(nèi)容。目前，在多顆國產(chǎn)海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器星

上輻射定標(biāo)任務(wù)中使用了本文件中的技術(shù)流程，有效保證了國產(chǎn)水色衛(wèi)星傳感

器的在軌輻射定標(biāo)精度，便于規(guī)范定標(biāo)流程、減小定標(biāo)誤差、保證成果有效性

和可靠性。

2.1.4實(shí)用性和可擴(kuò)展性

本文件編制過程中充分考慮了數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)匹配、海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳

感器星上輻射定標(biāo)技術(shù)的流程、定標(biāo)系數(shù)計(jì)算等方面，依據(jù)海洋水色衛(wèi)星輻射

定標(biāo)多年的工作經(jīng)驗(yàn)，能夠滿足未來一定時(shí)期內(nèi)的水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器星上輻

射定標(biāo)的需求，并具有可擴(kuò)展性。

2.2國內(nèi)外調(diào)研情況

水色遙感的應(yīng)用是了解和監(jiān)測全球生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。水色衛(wèi)星作為獲得水

色遙感產(chǎn)品的主要手段，對(duì)其遙感數(shù)據(jù)的定量化已經(jīng)成為了水色遙感技術(shù)進(jìn)一

步發(fā)展的必要趨勢。因此，需要通過提高水色衛(wèi)星傳感器的輻射定標(biāo)精度來確

保水色遙感產(chǎn)品的質(zhì)量。以太陽作為定標(biāo)源的星上輻射定標(biāo)方法，是保證傳感

器在軌運(yùn)行時(shí)精度的主要手段之一。實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器高精度、

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高頻率的星上輻射定標(biāo)，是輻射定標(biāo)技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)和方向。為此，星上輻射

定標(biāo)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定應(yīng)緊緊圍繞我國海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器定標(biāo)需求，重點(diǎn)研

制輻射定標(biāo)技術(shù)流程、誤差分析等規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

以太陽作為定標(biāo)源的星上輻射定標(biāo)方法（太陽定標(biāo)）通過使待定標(biāo)的水色

衛(wèi)星光學(xué)傳感器觀測具有接近理想反射特性的漫反射板反射的太陽光來達(dá)到定

標(biāo)的目的，從而實(shí)現(xiàn)高精度、高效率和高頻次的在軌絕對(duì)輻射定標(biāo)。國際上已

具有在軌太陽定標(biāo)能力的水色傳感器包括但不限于：海洋觀測寬視場傳感器

（SeaWiFS，1997~2010）、中分辨率成像光譜儀（MODIS-Terra，1999~至今

/MODIS-Aqua，2002~至今）、中分辨率成像光譜儀（MERIS，2002~2012）、可

見光紅外成像輻射儀（VIIRS-SNPP，2011~至今/VIIRS-NOAA20，2017~至今）

以及海陸顏色儀（OLCI-S3A，2016~至今/OLCI-S3B，2018~至今）等。多個(gè)傳

感器的定標(biāo)結(jié)果表明通過太陽定標(biāo)方法可以實(shí)現(xiàn)不確定度優(yōu)于2%的星上輻射

定標(biāo)。中國的海洋一號(hào)C/D（HY-1C，2018~至今/HY-1D，2020~至今）是部署

有試驗(yàn)性星上輻射定標(biāo)系統(tǒng)的水色衛(wèi)星，也是我國首次可以實(shí)現(xiàn)星上輻射定標(biāo)

功能的水色衛(wèi)星。星上輻射定標(biāo)技術(shù)在我國仍處于發(fā)展階段，因此，制定相應(yīng)

的星上輻射定標(biāo)技術(shù)規(guī)范具有重要的指導(dǎo)性意義和重要作用。

海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器在軌定標(biāo)受定標(biāo)精度和頻率的限制，傳統(tǒng)的星星

交叉定標(biāo)和替代定標(biāo)難以完整監(jiān)測傳感器的在軌性能變化情況。星上輻射定標(biāo)

技術(shù)的發(fā)展，為水色傳感器在軌定標(biāo)提供了新的手段，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器高精

度、高頻率的輻射定標(biāo)。隨著國產(chǎn)海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器的不斷發(fā)展，基于

星上輻射定標(biāo)技術(shù)的光學(xué)傳感器定標(biāo)成為可能，此技術(shù)將是未來持續(xù)監(jiān)測水色

衛(wèi)星傳感器在軌性能變化情況最為重要的手段。同時(shí)，海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感

器星上輻射定標(biāo)技術(shù)已應(yīng)用于全球多個(gè)水色傳感器，經(jīng)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)共

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享服務(wù)平臺(tái)檢索，尚未有相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國際標(biāo)準(zhǔn)和國外同類標(biāo)準(zhǔn)

記錄情況。

由于當(dāng)前國內(nèi)外還沒有國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可以遵循，存在定標(biāo)流程不統(tǒng)一、

精度要求不明確等問題，影響海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器星上輻射定標(biāo)的成果應(yīng)

用。因此急需制定海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器星上輻射定標(biāo)技術(shù)規(guī)范，來指導(dǎo)定

標(biāo)技術(shù)的規(guī)范性，提高星上輻射定標(biāo)技術(shù)在水色衛(wèi)星傳感器定標(biāo)方面的可靠性

及應(yīng)用水平。

2.3主要技術(shù)內(nèi)容的說明

2.3.1標(biāo)準(zhǔn)的范圍

本文件針對(duì)海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器星上輻射定標(biāo)需求，以多年來從事海

洋水色衛(wèi)星傳感器輻射定標(biāo)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，充分考慮技術(shù)的實(shí)用性，規(guī)范相

關(guān)的處理流程。由于傳統(tǒng)的交叉定標(biāo)和替代定標(biāo)等定標(biāo)方法會(huì)不可避免地受到

大氣路徑的影響，從而降低在軌輻射定標(biāo)的精度和穩(wěn)定性。而以太陽作為輻射

定標(biāo)源的星上輻射定標(biāo)方法具有高頻次、高效率、高精度等特點(diǎn)，已經(jīng)成為海

洋水色衛(wèi)星傳感器光學(xué)傳感器在軌輻射定標(biāo)過程中的重要手段?；谔柭?/p>

射板、太陽衰減屏和漫反射板穩(wěn)定性監(jiān)測器等儀器設(shè)備的太陽定標(biāo)方法可以有

效提高海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器在軌輻射定標(biāo)的精度。

本文件針對(duì)以太陽作為輻射定標(biāo)源，以太陽漫反射板、太陽衰減屏和漫反

射板穩(wěn)定性監(jiān)測器作為定標(biāo)裝置的星上輻射定標(biāo)技術(shù)制定了相關(guān)規(guī)范，包括用

于海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器星上輻射定標(biāo)技術(shù)所需觀測數(shù)據(jù)的讀取和質(zhì)量控制

的要求、定標(biāo)時(shí)機(jī)與角度選擇的要求、衰減和校正處理過程的要求以及星上絕

對(duì)輻射定標(biāo)結(jié)果計(jì)算的要求規(guī)范等。海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器星上輻射定標(biāo)處

理流程見圖1。

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圖1海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器星上輻射定標(biāo)處理流程

2.3.2觀測數(shù)據(jù)的獲取和質(zhì)量控制

在以太陽作為輻射定標(biāo)源的星上輻射定標(biāo)過程中，傳感器依次對(duì)太陽漫反

射板、太陽漫反射板穩(wěn)定性監(jiān)測器和深冷空間（或采集暗電流的空板）進(jìn)行觀

測采集數(shù)據(jù)，讀取其對(duì)地觀測數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)等。其中，輔助數(shù)據(jù)包括在地面

實(shí)驗(yàn)室測量中獲得星上輻射定標(biāo)系統(tǒng)中各漫反射板組件的二向性反射分布函

數(shù)，在地面實(shí)驗(yàn)室測量中獲得太陽衰減屏在不同入射角度下的透過率。針對(duì)這

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些觀測數(shù)據(jù)需要進(jìn)行誤差修正，從而保證傳遞到定標(biāo)過程的觀測數(shù)據(jù)的可靠性

和有效性。因此，本文件給出了海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器星上輻射定標(biāo)技術(shù)所

需的數(shù)據(jù)獲取和誤差修正方法。對(duì)于觀測數(shù)據(jù)，通過剔除異常值、消除暗電流

等手段來進(jìn)行誤差修正。

另外，為了在合適的時(shí)機(jī)獲取星上輻射定標(biāo)技術(shù)所需的傳感器觀測數(shù)據(jù)，

需要確定衛(wèi)星進(jìn)行觀測的時(shí)空信息，從而為后續(xù)的定標(biāo)過程提供高精度的輸入

參數(shù)。本文件規(guī)定星上輻射定標(biāo)一般選取在兩極的晨昏交界線處進(jìn)行，對(duì)應(yīng)衛(wèi)

星出地球陰影時(shí)刻，此時(shí)衛(wèi)星的星下點(diǎn)在陰影區(qū)內(nèi)。

2.3.3日地距離與漫反射板衰減校正

在海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器星上輻射定標(biāo)的過程中，需要進(jìn)行日地距離校

正、入射太陽光的衰減和二向性反射分布函數(shù)的衰減校正。其中，日地距離校

正是根據(jù)衛(wèi)星在定標(biāo)時(shí)刻的實(shí)時(shí)位置計(jì)算出日地距離，與一整年平均日地距離

比較得到日地距離校正因子，從而獲得定標(biāo)時(shí)刻的日地距離。對(duì)入射太陽光的

衰減是利用太陽衰減屏來實(shí)現(xiàn)，太陽衰減屏為多孔純機(jī)械結(jié)構(gòu)件，主要通過單

元的通光孔占比實(shí)現(xiàn)對(duì)入射能量的衰減。衰減屏的透過率由實(shí)驗(yàn)室的測量結(jié)果

提供。太陽漫反射板反射率在空間環(huán)境中隨時(shí)間會(huì)發(fā)生衰減，需要對(duì)其進(jìn)行監(jiān)

測并校正，以此確保傳感器在全壽命期內(nèi)的太陽定標(biāo)精度。太陽定標(biāo)系統(tǒng)中通

常采用兩種方法來對(duì)太陽漫反射板的衰減進(jìn)行校正，其一為采用一塊與太陽漫

反射板材料相同、工藝相同的參考漫反射板通過比對(duì)測量方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽漫

反射板的穩(wěn)定性監(jiān)測與校正，太陽漫反射板與參考漫反射板在相同環(huán)境中使用，

衰減規(guī)律相同，僅由于使用頻次不同，而導(dǎo)致衰減程度不同。根據(jù)在軌定標(biāo)頻

次以及每次使用時(shí)的曝光時(shí)間估算，全壽命期內(nèi)參考漫反射板的總曝光時(shí)間最

好不超過2小時(shí)，在該曝光時(shí)間水平上參考漫反射板的衰減可以忽略；其二為

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采用一個(gè)比輻射計(jì)作為對(duì)定標(biāo)漫反射板穩(wěn)定性的監(jiān)視器，在工作時(shí)，其交替觀

測入射的太陽光和由漫反射板反射的太陽光，并通過對(duì)觀測值的比較來監(jiān)測并

跟蹤定標(biāo)漫反射板二向性反射分布函數(shù)的衰減。本文件規(guī)定了上述衰減和校正

方法的流程。

2.3.4星上輻射定標(biāo)系數(shù)的計(jì)算

基于太陽的星上輻射定標(biāo)方法與實(shí)驗(yàn)室中基于“標(biāo)準(zhǔn)燈和漫反射板”的定

標(biāo)原理相類似，不同的是將參考光源換成了太陽。在星上輻射定標(biāo)時(shí)刻穩(wěn)定的

太陽光源照明下，太陽漫反射板可形成光譜輻射參數(shù)已知且能充滿待定標(biāo)傳感

器孔徑、視場的近似朗伯面光源。在經(jīng)過傳感器觀測數(shù)據(jù)的獲取與質(zhì)量控制、

輻射定標(biāo)過程中的衰減與校正后，根據(jù)太陽照明漫反射板的幾何關(guān)系即可確定

太陽漫反射板反射光譜輻亮度。由于實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)溯源與星上輻射定標(biāo)溯源不能

歸至同一標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)室-低溫黑體，星上-太陽），在輸入波段輻亮度相同的情況

下，傳感器的輸出計(jì)數(shù)值并不是完全一致。通常情況下，傳感器在發(fā)射前會(huì)經(jīng)

過實(shí)驗(yàn)室充分定標(biāo)，各種特性和參數(shù)等均已全部獲取，且傳感器系統(tǒng)是線性位

移不變系統(tǒng)，因此可用星上輻射定標(biāo)時(shí)刻漫射板“單點(diǎn)”等效入瞳輻亮度與傳

感器實(shí)際觀測的數(shù)碼值和暗電流對(duì)應(yīng)數(shù)碼值的差值進(jìn)行比較得到星上絕對(duì)輻射

定標(biāo)系數(shù)。

本文件對(duì)定標(biāo)過程中的各參數(shù)都提出了對(duì)應(yīng)的要求，對(duì)定標(biāo)流程進(jìn)行了規(guī)

范。

三、驗(yàn)證試驗(yàn)的情況和結(jié)果

3.1驗(yàn)證內(nèi)容

本文件制定的是海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器星上輻射定標(biāo)技術(shù)的主要工作流

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程，因此主要對(duì)星上輻射定標(biāo)獲取傳感器定標(biāo)系數(shù)的過程進(jìn)行誤差分析。

3.2驗(yàn)證原則

星上輻射定標(biāo)過程中，計(jì)算理論等效光譜輻亮度和實(shí)測等效光譜輻亮度的

相對(duì)誤差即為每次太陽定標(biāo)觀測數(shù)據(jù)計(jì)算得到的星上絕對(duì)輻射定標(biāo)系數(shù)的過程

誤差，具體方法簡述如下：

a)根據(jù)多組星上絕對(duì)輻射定標(biāo)系數(shù)累加平均值計(jì)算每次太陽定標(biāo)過程對(duì)應(yīng)

的傳感器實(shí)測等效光譜輻亮度；

b)計(jì)算太陽衰減屏對(duì)信號(hào)衰減后的太陽入瞳光譜輻亮度；

c)將太陽入瞳光譜輻亮度與待定標(biāo)傳感器光譜響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行卷積得到理論

等效光譜輻亮度；

d)計(jì)算每次理論等效光譜輻亮度和實(shí)測等效光譜輻亮度的相對(duì)誤差；

e)計(jì)算待定標(biāo)傳感器各波段下多組太陽定標(biāo)數(shù)據(jù)相對(duì)誤差的平均值

即為平均定標(biāo)誤差。

按照上述方法得到待定標(biāo)傳感器各波段下多組數(shù)據(jù)的平均定標(biāo)誤差，對(duì)誤

差的具體要求如下：

a)在可見光和近紅外波段應(yīng)保持在2%以內(nèi)；

b)在紫外波段應(yīng)保持在3%以內(nèi)，在短波紅外波段宜保持在3%以內(nèi);

c)對(duì)于不滿足上述誤差要求的定標(biāo)結(jié)果，不予采用。

3.3驗(yàn)證結(jié)果

針對(duì)國產(chǎn)海洋一號(hào)C衛(wèi)星搭載的星上定標(biāo)光譜儀（SCS）開展了星上輻射定

標(biāo)試驗(yàn)，獲得SCS在8個(gè)典型波段下的絕對(duì)輻射定標(biāo)系數(shù)如圖2所示。從結(jié)果來看，

不同波段的定標(biāo)系數(shù)在時(shí)間上具有良好的穩(wěn)定性。可見光和近紅外波段的平均

定標(biāo)誤差都在2%以內(nèi)，可以滿足指標(biāo)需求。

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圖2國產(chǎn)星上定標(biāo)光譜儀在8個(gè)典型波段下的星上絕對(duì)輻射定標(biāo)系數(shù)隨發(fā)射時(shí)間的變化情

況

文件編制組長期從事海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器的在軌輻射定標(biāo)工作，承擔(dān)

了我國多顆海洋水色衛(wèi)星傳感器的星上輻射定標(biāo)任務(wù)，整個(gè)工作流程基本按照

本文件執(zhí)行，在總結(jié)了定標(biāo)工作的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了進(jìn)一步的完善。

結(jié)果證明，該標(biāo)準(zhǔn)可行。

四、采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的程度，以及與國際、國外同類標(biāo)準(zhǔn)水平的

對(duì)比情況

在2.2節(jié)中簡述了星上輻射定標(biāo)方法在國內(nèi)外多個(gè)海洋水色衛(wèi)星平臺(tái)上得

到應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多個(gè)光學(xué)傳感器的在軌輻射定標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，這里展示了

星上輻射定標(biāo)可以達(dá)到的水平和國際水平的對(duì)比情況，如表2所示。其中，基

于本技術(shù)規(guī)范對(duì)星上定標(biāo)光譜儀SCS進(jìn)行輻射定標(biāo)，其定標(biāo)精度為2%，從與國

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際上其他傳感器的定標(biāo)精度對(duì)比來看，已經(jīng)可以達(dá)到同類方法的定標(biāo)精度水平。

表2國內(nèi)外星上輻射定標(biāo)水平對(duì)比

傳感器衛(wèi)星平臺(tái)來源定標(biāo)精度

CZCSNimbus-7美國>5%

SeaWiFSOrbView-2美國~3%

MODISTerra/Aqua美國~2%

MERISEnvisat歐空局~2%

GOCICOMS韓國~4%

VIIRSSNPP/NOAA20美國~2%

OLCIS3A/B歐空局~2%

SCSHY-1C/D中國~2%

五、與現(xiàn)行法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

本文件發(fā)布后將成為推薦性測繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可以為用戶提供海洋水色衛(wèi)星

光學(xué)傳感器星上輻射定標(biāo)技術(shù)規(guī)范，為海洋水色衛(wèi)星管理部門提供水色傳感器

的星上輻射定標(biāo)辦法；同時(shí)，在海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器星上輻射定標(biāo)技術(shù)的

應(yīng)用發(fā)展中，本文件給出了從觀測數(shù)據(jù)獲取到星上絕對(duì)輻射定標(biāo)系數(shù)計(jì)算等一

系列操作流程和要求，保障了過程中重要信息的完整記錄，提出了星上絕對(duì)輻

射定標(biāo)的精度指標(biāo)，并給出了誤差分析方法，為不符合指標(biāo)要求的情況提供參

考，為開展海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器的星上輻射定標(biāo)工作提供了有益指導(dǎo)。

本文件預(yù)期達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。本文件的編制，著力于解決海洋水色衛(wèi)星

光學(xué)傳感器在軌輻射定標(biāo)頻率較低的問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)星上輻射定標(biāo)觀測數(shù)

據(jù)與定標(biāo)結(jié)果的獲取與更新，具有高頻率、高精度的優(yōu)勢，為海洋水色衛(wèi)星光

學(xué)傳感器的星上輻射定標(biāo)工作提供保障。

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六、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)

無

七、廢止現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建議

無

八、實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)的要求和措施建議

本文件可指導(dǎo)針對(duì)海洋水色衛(wèi)星光學(xué)傳感器星上輻射定標(biāo)工作。參與定標(biāo)

工作的人員首先要經(jīng)過崗前培訓(xùn)，熟悉整個(gè)調(diào)查工作的具體流程；同時(shí)要培養(yǎng)

人員數(shù)據(jù)處理、質(zhì)量控制和時(shí)空匹配的能力，完成傳感器星上輻射定標(biāo)過程和

定標(biāo)系數(shù)計(jì)算工作，需要一定的工作量積累總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

九、其他應(yīng)予說明的事項(xiàng)

無

十、參考文獻(xiàn)

[1]GB/T3102.6-1993光