国家标准 GB/34509.2一2017 陆地观测卫星光学遥感器在轨场地辐射定标方法第2部分:热红外 In-orbitieldradiometriccalibrationforoptiealremote sensoroflandobservationsatelIite Part2Thermalinfrared 2017-11-01发布 2018-05-01实施国家质量监督检验检疫总局发布国家标准化管理委员会国家标准
GB;/T34509.2一2017 目次前言范围 2 规范性引用文件术语和定义 -般要求 4.1辐射定标场 4.1 陆地场 .l 4.1.2水体场 4.2测量条件 4.2.1测量仪器 4.2.2测量天气条件数据获取 5.1地表辐射特性参数 5.1.1温度 5.1.2辐亮度 5.1.3发射率 .2气象参数 5.3场地参数 5.4卫星及遥感器参数与卫星遥感器观测值 5.4.1卫星及遥感器参数 5.4.2卫星遥感器观测值技术流程与计算方法 6.1概述 6.2技术流程 6.3计算方法 6.3.1大气顶层外的光谱辐亮度 6.3.2卫星遥感器通道等效辐亮度 6.3.3卫星遥感器定标系数不确定度分析 7.1一般要求 7.2不确定度影响因素 7.2.1基于温度测量的计算方法 7.2.2基于辐射测量的方法 7.3不确定度计算式附录A资料性附录在轨场地辐射定标不确定度分析
GB;/T34509.2一2017 前言 GB/T34509《陆地观测卫星光学遥感器在轨场地辐射定标方法》分为3个部分第1部分:可见光近红外; 第2部分:热红外; 第3部分:中波红外本部分为GB/T34509的第2部分本部分按照GB/T1.l一2009给出的规则起草本部分由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会(SAC/TC425)提出并归口本部分起草单位;资源卫星应用中心、航天标准化研究所、北京空间飞行器总体设计部本部分主要起草人傅俏燕、韩启金、王爱春,秦敬芳,徐翠平、,贺玮
GB;/T34509.2一2017 陆地观测卫星光学遥感器在轨场地辐射定标方法第2部分:热红外范围 GB/T34509的本部分规定了陆地观测卫星热红外遥感器在轨场地辐射定标的一般要求、数据获取、技术流程、计算方法和不确定度分析等内容本部分适用于陆地观测卫星(以下简称卫星)热红外(8Mm~14m)遥感器在轨场地辐射定标,其他卫星的同类遥感器可参照执行规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T14950摄影测量与遥感术语 GB/T32453卫星对地观测数据产品分类分级规则术语和定义 GB/T14950和GB/T32453界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3.1 辐射定标场radiometriecalibrationsite 地表光学特性、大气光学特性、气象条件,地貌条件等适合卫星遥感器在轨场地辐射定标的自然或人工场地 3.2 在轨场地辐射定标in-orbitfriedradiometriccalbratiom 在卫星经过辐射定标场时,利用实际测量的场地光学辐射特性参数经过大气辐射传输计算,建立卫星遥感器观测值与遥感器人瞳处辐亮度之间定量关系的过程 -般要求 4.1辐射定标场 4.1.1陆地场陆地场应符合如下要求: 陆地场试验期间大气干燥、洁净; a b 陆地场的海拔高程宜大于1000m; 场地面积应不小于待定标遥感器的10像元×10像元对应的面积 c d 场地地表发射率和温度在场地面积内应均匀一致
GB/T34509.2一2017 场地平坦,且周边无影响定标测量的大目标遮挡物 4.1.2水体场水体场应符合如下要求: a 场地面积应不小于待定标遥感器的50像元×50像元对应的面积,水体深度不小于3m b 场地表面发射率和温度在场地面积内应均匀一致 c 场地周边无影响定标测量的大目标遮挡物 4.2测量条件 4.2.1测量仪器 4.2.1.1测量仪器主要包括: 红外辐射计; a) 温度测量仪器,如热电偶温度计、辐射温度计等; 标准黑体源; c l 参考标准板; e 大气廓线测量仪器; D 风力风速测量仪; 定位仪器 g 测量仪器应符合如下要求 4.2.1.2 红外测量仪器的工作波段应涵盖卫星遥感器工作波段 a 测量仪器在使用前应进行标定,在有条件的情况下宜进行现场标定 b c 测量仪器的精度应满足测试婴求测量仪器使用严格按仪器操作手册进行 d 4.2.2测量天气条件定标时观测天气条件应符合如下要求天气晴朗,目标区周边10km内天顶无云 a b) 风力小于4级数据获取 S 5.1地表辐射特性参数 5.1.1温度采用温度测量仪器测量陆地表面或水体表面温度 5.1.2辐亮度采用红外辐射计测量陆地表面或水体表面辐亮度 5.1.3发射率利用5.1.1和5.1.2中测量的温度和辐亮度数据计算目标的发射率
GB;/T34509.2一2017 5.2气象参数气象参数测量如下采用大气廓线测量仪器测量场地上空大气温湿压廓线 a b 采用风力风速测量仪测量风力、风速 5.3场地参数场地参数测量如下 a 采用定位仪器测量地面采集样点的地理位置(经度和纬度) b 采用定位仪器测量辐射定标场的海拔高度 5.4卫星及遥感器参数与卫星遥感器观测值 5.4.1卫星及遥感器参数卫星及遥感器参数包括: a 卫星轨道高度; b)卫星过辐射定标场的时间; 卫星过辐射定标场时的卫星遥感器观测天顶角、卫星遥感器观测方位角、太阳天顶角和太阳方 c 位角; 卫星遥感器波段的归一化光谱响应函数 d 卫星遥感器观测值 5.4.2 在卫星遥感器过辐射定标场成像时的L1级影像上,提取测量区对应的遥感器观测值,并进行质量控制和取算术平均值技术流程与计算方法 6.1概述卫星热红外遥感器飞过辐射定标场的前后半小时内,同步获取地表辐亮度,大气参数和其他参数，借助大气辐射传输模型计算卫星遥感器人瞳处等效辐亮度值,结合卫星遥感器在辐射定标场区的观测值计算定标系数 6.2技术流程陆地观测卫星热红外遥感器在轨场地辐射定标方法技术流程如图1所示
GB/T34509.2一2017 场地经纬度、大气场地辐射亮度或卫星遥感器同步地表温度和发射粼线、观测几何等 L1级影像率)测量参数获取卫屋彩" 空间匹配辐射亮度计算牺射传输模拟测值提取等效大气路径向上卫星逼感器光谱响等效场地辐射亮度牺射亮度透过率应函数和下行牺射亮度卫星遥感器通道等卫星逊感器观测m 效辐射亮度卫星通感器定标系数图1热红外遥感器在轨场地辐射定标技术流程 6.3计算方法 6.3.1大气顶层外的光谱辐亮度 6.3.1.1基于温度测量的计算方法卫星遥感器人瞳处光谱辐亮度按式(1)计算， L,(a)=e(a)B(T,,A)r(a)十L.(a)十[1一e(a](a)L.(a) 式中 L.(入 -波长入处的卫星遥感器人瞳处辐亮度,单位为瓦每平方米球面度微米[w/m srm)]; T -场地表面热力学温度,单位为开尔文(K); B(T.,A 波长入处黑体在温度T.下的辐亮度,单位为瓦每平方米球面度微米[w/m Sr Am)]; 波长入处的地表发射率; e(入 (a 波长入处的卫星遥感器观测方向整层大气透过率 L(A) -波长入处卫星遥感器观测方向大气路径向上辐亮度,单位为瓦每平方米球面度微米 [W/m”s sr”m)] L(a) 波长入处的大气下行辐亮度,单位为瓦每平方米球面度微米[w/m'srAm] 6.3.1.2基于辐射测量的计算方法卫星遥感器人瞳处光谱辐亮度按式(2)计算
GB;/T34509.2一2017 L.(a)=L(a)r(a)十L.Ca) 式中 (入 -波长入处的地表自身发射与反射的辐亮度,单位为瓦每平方米球面度微米[w/m Lsur ”"m)] Sr 6.3.2卫星遥感器通道等效辐亮度卫星遥感器通道等效辐亮度按式(3)计算 |L.(a)R()d L.(a,= 3 IR(A)d入式中 L.入卫星遥感器通道等效辐亮度,单位为瓦每平方米球面度微米[W/m'sr4m)]; -卫星遥感器通道的等效波长,单位为微米(4m) 卫星涩感器通道的归- R(A 化光谱响应函数卫星遥感器定标系数 6.3.3 当卫星遥感器响应为线性时,将卫星遥感器通道等效辐亮度与卫星遥感器观测值的多组数据按式 4)得到方程组,利用方程组解算出卫星遥感器通道的定标系数Gain，和Bias L.(入=Gain×DN×Bias 4 式中: 定标斜率,单位为瓦每平方米球面度微米[w/(m sr”wm门 Gain 卫星遥感器观测值; DN 定标截距,单位为瓦每平方米球面度微米[w/m sr4m)] Bias 不确定度分析 7.1 -般要求不确定度分析一般要求如下确定遥感器观测值与通道等效辐亮度之间的关系式,即遥感器定标方程; a 列出影响遥感器人瞳处辐亮度的不确定性因素 b) 测量或估算每个不确定性因素的不确定度 c d 根据定标方程和不确定度合成规则,计算合成标准不确定度 7.2不确定度影响因素 7.2.1基于温度测量的计算方法基于温度测量的计算方法的卫星热红外遥感器在轨场地辐射定标不确定因素包含以下几个方面具体分析示例参见附录A中A.1): a 温度测量的不确定因素: 测量仪器不确定度; 1) 2)测量不确定度 b 发射率测算的不确定因素: 1 黑体定标;
GB/T34509.2一2017 2 数据测量; 3)发射率计算常规大气参数测量 c d 大气辐射传输模型 e 其他不确定因素还包括地表特性均匀分布假设等 7.2.2基于辐射测量的方法基于辐射测量的计算方法的卫星热红外遥感器在轨场地辐射定标不确定因素包含以下几方面内容具体分析示例参见A.l): 辐亮度测量的不确定因素: a 1) 黑体定标; 2)地面测量; 3)光谱匹配常规大气参数测量 b 大气辐射传输模型 c 其他不确定因素还包括地表特性均匀分布假设等 d 7.3不确定度计算式依据误差传递理论对陆地观测卫星热红外遥感器在轨场地辐射定标的不确定度进行分析,相关分析计算式参见A.2
GB;/T34509.2一2017 录附 A 资料性附录在轨场地辐射定标不确定度分析在轨场地辐射定标不确定度分析示例 A.1 基于温度测量方法的热红外遥感器在轨场地辐射定标不确定度分析示例参见表A.l 表A.1基于温度方法的不确定度分析示例不确定度对合成标准不确定度的贡献序号不确定因素 D 0,07 0.07 温度测量 1. 测温仪器不确定度 0.02 1.2 测量不确定度 0.05 发射率测算 0.51 0.5 2.1 黑体标定 0.05 辐亮度测量 2.2 0,5 发射率计算 2.3 0.1 0.13 大气常规参数 2.00 地面均匀性假设 0.43 0,43 大气辐射传输模型 0.38 0,38 合成标准不确定度 0,78 基于辐射测量方法的热红外遥感器在轨场地辐射定标不确定度分析示例参见表A.2 表A.2基于辐亮度方法的不确定度分析示例不确定度对合成标准不确定度的贡献序号不确定因素地表辐亮度测算 0.50 0.50 0.05 1.1 黑体定标 1.2 0.5 地面测量大气常规参数 2.00 0,13 0.43 地面均匀性假设 0.43 大气辐射传输模型 0.38 0.38 合成标准不确定度 0.77
GB/T34509.2一2017 A.2不确定度分析不确定度分析的依据是误差传递理论如果因变量申是若干自变量r,y,,u 的非线性函数形式表示按照式(A.l)计算 =F(.x A.1 y,,u 之间的关系按照式(A.2 则因变量中的标准偏差a，与自变量x,y,," 的标准偏差 o，.o，，，,o 计算 1aF /aF 1aF FF a十 a十十 o;十2 d， e,4," ，十 u 7.r/ a.ra 2FF 十2“ p口,口十 .(A.2 "荒A.a,风.十十2 万如果自变量x ，,y， u是相互独立的,则独立变量的误差传递按照式(A.3)计算 1aF aF A.3 a，= o 了 au 式中 aFF aF 自变量,y,,u的误差传递系数(权重系数). a.r'ay" 'u F aF 7F 自变量r,y,,u的误差通过各自对因变量的贡献=,=一d,,,d E.(也称为 .r ay au 各不确定因素的不确定度)传递和引人到因变量的误差上,则独立变量的误差传递按照式(A.4) 计算口，=Va十o十十o" A.4 知道不确定因素的不确定度,利用式(A.4)计算合成标准不确定度

陆地观测卫星光学遥感器在轨场地辐射定标方法第2部分：热红外GB/T34509.2-2017

随着陆地观测卫星的发展，其所搭载的光学遥感器已成为获取地球表面信息的主要手段之一。然而，由于不同时间、不同天气条件下地球表面的反射率和温度存在较大差异，因此需要对光学遥感器进行场地辐射定标，以保证数据的准确性和可比性。

本文将重点介绍光学遥感器在轨场地辐射定标的热红外方法，特别是针对GB/T34509.2-2017标准所涵盖的内容。

一、热红外GB/T34509.2-2017标准

GB/T34509.2-2017标准是针对光学遥感器在轨场地辐射定标的一项重要标准，其中涵盖了热红外波段。该标准详细规定了实验中需要使用的设备、测量方法以及数据处理等方面的内容。

具体来说，该标准要求在进行场地辐射定标时，应选取代表性场地进行测量，并在不同时间、不同天气条件下进行多次观测，以获取相对应的反射率和温度数据。同时，还需要考虑到空气温度、大气压强等因素对温度测量精度的影响。

二、热红外场地辐射定标方法

针对热红外波段的场地辐射定标方法主要包括以下步骤：

选择合适的代表性场地，进行现场勘察和测量设备的设置。
利用辐射源产生已知辐射值的光谱信号，对设备进行定标，得到Calibrated Radiance/Reflectance（CAL/R）数据。
对选定的代表性场地进行多次观测，获取不同时间、不同天气条件下的反射率和温度数据。
利用CAL/R数据和反射率数据计算出定标系数，并对光学遥感器数据进行处理。
考虑空气温度、大气压强等因素对温度测量精度的影响，并对数据进行校正。

三、影响温度测量精度的因素

在进行热红外波段的场地辐射定标时，需要考虑到以下因素对温度测量精度的影响：

大气压强：大气压强的变化会影响红外辐射的传输和吸收，从而影响温度测量精度。
空气温度：空气温度会对测量对象进行辐射，产生额外的热源影响温度测量精度。
湿度：湿度会改变大气中水汽的含量，进而影响反射率和透过率，影响温度测量。
目标表面状态：不同的表面状态（如干燥、潮湿、光滑等）会对红外辐射的反射和吸收产生不同的影响。

四、总结

光学遥感器在轨场地辐射定标是保证数据准确性和可比性的基础工作之一。GB/T34509.2-2017标准为该过程提供了详细的规范，特别是针对热红外波段的定标方法，有助于提高数据的精度和可靠性。在实际操作中，需要考虑到多种因素对温度测量精度的影响，以保证数据的准确性。