为了实现地表反射率长期自动化观测,提高场地定标频次, 提出了一种基于比值辐射测量的地表反射率测量方法。利用场地反射率监测辐射仪和野外光谱辐照度仪进行同步观测, 获取同一时间的地表辐亮度和大气总照度,通过比值法即可直接获得地表反射率参数。设计了基于标准辐射源的实验室辐射定标, 分别获取辐射计和照度仪的定标系数,进而获得基于比值法测量地表反射率的输入系统参数。在室外开展了标准板测量比对实验, 在可见-近红外波段比值辐射测量结果与实验室定标后参考板方向反射率数值的相对偏差在3%以内,验证了该测量系统的有效性。

高光谱成像的应用效果非常依赖于所获取的图像信噪比(SNR)。在高空间分辨率下,帧速率高、信噪比低,由于光谱成像包含了两维空间-光谱信息,不能使用时间延迟积分(TDI)模式解决光能量弱的问题;目前多采用摆镜降低应用要求,但增加了体积和质量,获取的图像不连续,且运动部件降低了航天的可靠性。基于此,将超高速电子倍增与成像光谱有机结合,构建了基于电子倍增的高分辨率高光谱成像链模型,综合考虑辐射源、地物光谱反射、大气辐射传输、光学系统成像、分光元件特性、探测器光谱响应和相机噪声等各个环节,可用于成像链路信噪比的完整分析。采用LOWTRAN 7软件进行大气辐射传输计算,对不同太阳高度角和地物反射率计算像面的照度,根据电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)探测器的噪声模型,计算出不同工作条件下的SNR。对SNR的分析和实验,选择适当的电子倍增增益,可使微弱光谱信号SNR提高6倍。

介绍了连续光谱地表反射特性自动观测辐射计(SCR)的光机系统设计.SCR辐射计的光谱范围为400~2 400 nm, 能够实现地表反射率的长期自动观测.所设计的SCR辐射计使用经过定标的漫反射参考板作为反射率标准, 漫反射参考板通过转臂自动切入、切出测量光路.为保证参考板在野外的长期适用性, 设计了参考板清洁机构.对易发生失效的转臂进行静力学分析.结果表明：转轴位置会发生应力集中, 且距离转轴位置越远, 变形量越大, 变形引起的参考板水平误差在0.3°以内, 满足应用需求.为验证SCR辐射计测量数据的准确性和仪器的可靠性, 设计了SCR辐射计和SVC光谱仪的比对试验.试验结果表明：两台仪器所测量的反射率具有相同的变化趋势, 二者偏差普遍在±1%以内, 最大偏差在±3.5%以内.SCR辐射计能够实现较高精度的反射率数据自动测量, 在卫星遥感器外场自动化定标和高频次定标方面具有重要应用前景.

星载主动式差分吸收是目前较为精准监测全球二氧化碳的方法。大气中气压、温度、湿度、地表反射率及硬件系统中线宽、滤波器带宽等对反演误差都有影响, 其中地表反射率对反演误差有着不可忽视的影响。实验结果表明光斑足迹越小、间隔距离越大、地貌越复杂,反演误差就会越大。在光斑直径为100 m、距离间隔为10 m时, 6种地貌的绝对误差在0.0215×10－6～0.2134×10－6,控制在1×10－6之内,这对实际硬件参数设计有一定参考意义。