风云三号B星（FY-3B）中分辨率光谱成像仪（MERSI）可见光星上定标（VOC）系统辐射性能随时间衰减变化，使其难以用于MERSI的在轨绝对辐射定标。本文提出一种确定VOC辐射性能衰减变化的新方法，该方法在探究太阳光定标时机与太阳天顶角和方位角依赖关系的基础上，分析MERSI相对辐射响应衰减变化的趋势；利用高质量的MODIS数据构建大气层顶双向反射分布函数模型，对MERSI约10年的在轨有效数据进行交叉定标处理，获取MERSI绝对辐射响应衰减变化趋势；将二者归一化后的差值作为VOC系统辐射性能的衰减变化值。结果表明：VOC系统辐射性能在发射初期衰减率较大，后期衰减趋势趋于平稳，且衰减率与波长相关；在发射初期，短波波长（<500 nm）处的最大年衰减率达到了49.51%，长波波长（800~1000 nm）处的衰减率相对较小，最大年衰减率均小于26%；在发射后期，除412 nm外（衰减率为1.91%），其余波长处年衰减率均小于0.64%。自仪器发射以来，基于本方法获得的VOC衰减数据与VOC监视数据之间的百分误差均小于15%。本文提出的VOC系统稳定性分析方法可为实现MERSI星上绝对辐射定标提供重要的参考。

太阳参考光谱是星上辐射定标和波长定标的基准。 太阳活动周期内, 太阳辐照度光谱幅值存在周期性波动, 紫外波段光谱幅值变化达10%以上, 相对于3%的星上绝对定标需求, 太阳的时变特性不可忽略。 针对不同分辨率和采样率的太阳参考光谱, 首先研究了插值间隔和卷积间隔对计算MgII参数的数值影响, 通过分析比较后选择合适的插值、 卷积间隔, 并基于Climate和SORCE的MgII参数时间序列完成太阳周期性变化建模。 然后选择2003年8月21日至2012年4月15日期间80组数据, 每组包含2个不同日期的不同波长的辐照度光谱幅值和MgII值, 针对该80组数据使用一阶拟合取代比值方法计算得到转换因子, 将不同日期的太阳参考光谱幅值修正到同一日期并与实际观测真值比较; 结果表明了一阶拟合与比值方法相比有着更高的反演精度及预测精度。 最后, 基于一阶拟合转换因子和MgII参数时间序列对现有光谱进行时间和格式归一化, 通过分波段筛除偏离较大光谱数据的方法构建了2008年6月25日, 分辨率为1 nm、 采样率为0.1 nm的太阳参考光谱。 原有的12条光谱经过筛除后, 留下全波段均位于中位的光谱6条, 所构建的光谱同筛选出的6条光谱平均值相比, 绝对误差在0.982%以内。 所构建的光谱可以通过MgII参数时间序列和转换因子计算得到任意日期下的光谱。 针对该参考光谱利用KNMI高光谱进行分辨率和采样率提升, 最终基于我国计划发射的风云三号紫外高光谱臭氧探测仪（OMS）在轨观测和星上定标需求, 构建得到了波长范围250～500 nm, 分辨率0.1 nm, 采样率0.01 nm的太阳参考光谱。

太阳漫反射板反射率衰减监测仪(后简称比辐射计,SDRDM)被用来监测漫反射板反射率的变化。其太阳观测端口的透过率和太阳漫射板的相对双向反射分布函数(BRDF)是随角度变化的变量,因此比辐射计观测信号会受到入射光线角度的影响,该影响因子被叫作比辐射计角度因子(简称角度因子)。提出一种使用星上数据计算角度因子的方法,该方法被使用的前提是太阳漫射板在轨前期不发生衰退。采用相同太阳角度比值计算,在不使用比辐射计角度因子的前提下验证了太阳漫反射板在轨前期的稳定性。随后计算SDRDM的角度因子,并与实验室测量结果进行比对。结果显示星上计算值与实验室测量值偏差小于0.5%,发射前测量的角度因子可以用于计算太阳漫反射板的退化因子。

星上定标光谱仪(SCS)是HY-1C搭载的标准定标载荷,用于实现对同平台上其他多光谱载荷的辐射定标。基于星上定标光谱仪获得的星上定标结果,与MODIS的影像数据进行交叉定标,比较星上定标光谱仪与MODIS对相同地面区域的辐亮度数据和反射率数据,实现了对星上定标精度的评估与验证。通过对4次定标数据的处理和分析,结果表明,两者的最大相对偏差小于3%,满足同平台其他载荷的定标要求。

多通道扫描成像辐射计搭载于风云四号气象卫星上,为了使其实现高精度定量化遥感,其上配备了星上定标装置。该装置主要是引太阳漫射板(SD)反射的太阳光作为标准辐亮度源,太阳漫射板反射率衰减监测仪(简称比辐射计)定期监测漫射板反射率的变化。主要介绍了比辐射计的工作原理,并针对在轨返回的数据特点建立了太阳漫射板双向反射分布函数衰减因子计算模型。数据表明:比辐射计探测器受到了温度的影响,其不确定度为0.165%/℃,比值监测的方式消除了温度的影响。计算了3个通道衰减因子的合成监测不确定度,第一通道的合成监测不确定度为1.48%(k=2),第二、第三通道合成监测不确定度为1.16%(k=2)。结果表明:比辐射计可以实现漫射板反射率的衰减监测。

比辐射星上定标器以太阳照射的漫反射板为参考光源,通过比值辐射计对漫反射板在轨衰变进行修正,实现光学遥感器的绝对辐射 定标及长期稳定性监测。比值辐射计辐射响应特性是影响在轨定标精度的主要因素之一。对比值辐射计辐射响应特性进行了 评估,获取了绝对响应度,并测量了响应非线性、非稳定性。结果表明绝对辐射响应度定标合成不确定度优于2.88%,非线性 优于0.93%,非稳定性优于0.52%,满足在轨定标应用需求。

风云三号气象卫星C星(FY-3C)搭载的紫外臭氧总量探测仪因太阳辐照度观测值异常而无法进行常规在轨星上定标, 导致臭氧总量产品无法正常生成。在研究了风云三号气象卫星B星(FY-3B)TOU辐照度观测数据的特点以及仪器衰减规律后, 结合FY-3C/TOU辐照度和辐亮度实测数据, 探索了基于晴空海洋像元观测值计算仪器的衰减系数法。本文选取受陆地气溶胶影响较小的热带太平洋海区, 用矢量辐射传输模式模拟云量较小的像元对应的晴空辐亮度, 比较观测值与模拟计算值, 通过统计筛选晴空像元, 估算FY-3C/TOU探测器随时间的衰减系数。在确定仪器衰减系数后对FY-3C/TOU历史数据进行处理, 反演获得了全球臭氧总量并与WMO/WOUDC地基观测数据进行对比。结果表明, 基于晴空辐亮度估算的仪器衰减系数进行的臭氧总量反演的均方根误差在5%以内。在星载紫外探测器星上辐射定标失败的时候, 可以利用晴空海洋像元确定仪器的定标系数。

基于双太阳漫射板星上定标系统,建立了定标漫射板双向反射分布函数(BRDF)衰 减监测模型,介绍了用于衰减入射太阳光通量的太阳衰减屏的结构设计。衰减屏透过率是影响 星上定标精度的关键参数之一,需要在发射前精确测量。在实验室利用衰减屏透过率测量系统对 其进行多次重复测量,结果表明衰减屏在测试角度范围内透过率为13.8%,测试不确定度优 于0.54%(K为2),满足星上定标需求。测试结果可用于建立地面数据库,为后期星上定标 提供数据支撑,对保证长期星上定标精度有重要意义。

针对星载漫射板远紫外波段（140~240 nm）的双向反射分布函数测量过程中，探测器响应线性问题和紫外光源稳定性差的问题，提出一种采用光源监测比例补偿的相对测量方法.根据测量方法设计了一种基于六自由度转台结构形式的测量系统，该系统采用漫射板两维平移+两维转动、探测器两维转动的组合运动形式，可实现漫射板半球空间内任意点、任意方位的双向反射分布函数测量.用所提方法进行测量实验，并对影响系统测量结果的主要因素进了不确定度分析，结果表明总测量不确定度约为5.5%.