王詩(shī)圣，向嘉敏，祝善友，陳博洋

(1.南京信息工程大學(xué) 遙感與測(cè)繪工程學(xué)院，南京 210044；2.國(guó)家衛(wèi)星氣象中心，北京 100081)

0 引言

遙感傳感器的準(zhǔn)確性對(duì)于遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用起著決定性的作用，而衛(wèi)星傳感器發(fā)射使用后，由于受到各種因素的影響，傳感器的輻射性能會(huì)隨之發(fā)生改變，從而導(dǎo)致發(fā)射前進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的輻射定標(biāo)系數(shù)精度降低。為了保證遙感數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，應(yīng)經(jīng)常性的對(duì)星載傳感器進(jìn)行輻射定標(biāo)。通常，衛(wèi)星管理機(jī)構(gòu)要對(duì)其衛(wèi)星傳感器進(jìn)行定時(shí)或不定時(shí)的在軌定標(biāo)場(chǎng)地定標(biāo)實(shí)驗(yàn)，對(duì)定標(biāo)系數(shù)進(jìn)行更新并及時(shí)發(fā)布。雖然場(chǎng)地定標(biāo)精度高，但其需要消耗大量的人力物力，而且所需要的測(cè)量數(shù)據(jù)也很多，所以并不能經(jīng)常性的進(jìn)行場(chǎng)地定標(biāo)。比如，Landsat和SPOT每年一般進(jìn)行2次場(chǎng)地定標(biāo)[1-2]，衛(wèi)星輻射特性的變化并不能僅依靠場(chǎng)地定標(biāo)反映。

交叉輻射定標(biāo)是一種無(wú)場(chǎng)地在軌定標(biāo)技術(shù)[3]，即通過(guò)對(duì)同一目標(biāo)的同步觀測(cè)，用標(biāo)定精度高的在軌衛(wèi)星傳感器來(lái)標(biāo)定待標(biāo)定的衛(wèi)星傳感器。相較于場(chǎng)地定標(biāo)，它不需要消耗大量的人力物力、減少了定標(biāo)時(shí)間，可以較為有效地滿(mǎn)足定標(biāo)參數(shù)的更新需要。

近年來(lái)，隨著傳感器定標(biāo)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者逐漸開(kāi)始使用交叉定標(biāo)技術(shù)對(duì)各種遙感傳感器進(jìn)行輻射定標(biāo)。O’Brien等[4]使用ERS2 ATSR2對(duì)NOAA AVHRR進(jìn)行了交叉定標(biāo)。Cabot等[5]在非洲沙漠地區(qū)使用PAROSOL POLDER對(duì)NOAA14 AVHRR以及SPOT-4 VGT進(jìn)行了交叉定標(biāo)。而國(guó)內(nèi)有關(guān)交叉輻射定標(biāo)應(yīng)用也取得了系列進(jìn)展。徐娜等[6]利用高精度的Terra MODIS觀測(cè)資料對(duì)FY2E紅外窗區(qū)和水汽吸收通道進(jìn)行絕對(duì)交叉定標(biāo)。徐磊等[7]利用Terra MODIS數(shù)據(jù)為參考，分別使用光線匹配法(light matching，RM)和輻射傳輸模型方法(radiative transfer model，RTM)對(duì)HJ1B CCD1數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉輻射定標(biāo)。

風(fēng)云四號(hào)是中國(guó)研制的第二代地球靜止軌道定量遙感氣象衛(wèi)星，F(xiàn)Y4A作為新一代靜止軌道定量遙感氣象衛(wèi)星其功能和性能相較之前實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。采用交叉輻射定標(biāo)方法，對(duì)新型衛(wèi)星傳感器進(jìn)行定標(biāo)系數(shù)校驗(yàn)與更新，對(duì)于傳感器高精度定量應(yīng)用具有重要意義。

本文采用MODIS傳感器對(duì)FY4A衛(wèi)星AGRI傳感器進(jìn)行交叉輻射定標(biāo)。MODIS具有完善的星上定標(biāo)系統(tǒng)，星上定標(biāo)系數(shù)的不確定度在2%左右[8]，并且重訪周期短，經(jīng)常被用作交叉定標(biāo)中的參考傳感器。

1 研究數(shù)據(jù)與研究區(qū)

1.1 研究數(shù)據(jù)

風(fēng)云四號(hào)靜止氣象衛(wèi)星的主要載荷是FY4A AGRI,即多通道掃描成像輻射計(jì)，可實(shí)現(xiàn)分鐘級(jí)的區(qū)域快速掃描，是通過(guò)精密的雙掃描鏡機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)精確和靈活的二維指向。多通道掃描成像輻射計(jì)主要承擔(dān)獲取云圖的任務(wù)，還擁有了捕捉雪、氣溶膠的能力，而且能清晰區(qū)分云的不同相態(tài)和高、中層水汽。

FY4A AGRI藍(lán)光波段與MODIS第3波段通道范圍較為一致，光譜響應(yīng)曲線較類(lèi)似(圖1)。AGRI藍(lán)光波段范圍為450～490 nm，中心波長(zhǎng)為470 nm，MODIS第3波段范圍為459～479 nm之間，中心波長(zhǎng)為469 nm。

圖1 MODIS第3波段和FY4A AGRI傳感器藍(lán)光波段光譜響應(yīng)曲線

研究中使用了MODIS和FY4A AGRI藍(lán)光波段數(shù)據(jù)，以及對(duì)應(yīng)研究區(qū)成像時(shí)刻的太陽(yáng)天頂角、衛(wèi)星相對(duì)方位角、衛(wèi)星天頂角數(shù)據(jù)。

1.2 研究區(qū)

本文選取敦煌輻射校正場(chǎng)區(qū)域作為交叉輻射定標(biāo)系數(shù)計(jì)算區(qū)域，檢驗(yàn)驗(yàn)證區(qū)域選擇敦煌和澳大利亞弗羅姆干鹽湖2個(gè)區(qū)域。

對(duì)2個(gè)不同位置的實(shí)驗(yàn)區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)選取和分析。

1)敦煌輻射校正場(chǎng)區(qū)域[9]：選擇該區(qū)域開(kāi)展交叉輻射定標(biāo)系數(shù)計(jì)算研究，并用于系數(shù)精度分析。敦煌輻射校正場(chǎng)具有大氣較為潔凈、大氣的波動(dòng)小、不易受到環(huán)境的影響、范圍廣且地表均勻等特點(diǎn)，比較適合對(duì)中、高分辨率的遙感衛(wèi)星傳感器進(jìn)行輻射定標(biāo)。實(shí)驗(yàn)區(qū)范圍為92°12′56″E～95°30′00″E，39°53′00″N～41°35′07″N。

2)澳大利亞弗羅姆干鹽湖區(qū)域：該區(qū)域被用于定標(biāo)系數(shù)檢驗(yàn)。弗羅姆湖是干鹽湖床，地表反射率高，場(chǎng)地高度接近海平面，地面平坦。檢驗(yàn)區(qū)范圍確定為干湖床中心位置(139°12′00″E～141°30′00″E，-31°30′00″N～-30°35′00″N)，定標(biāo)場(chǎng)地周?chē)鷧^(qū)域是較松軟的泥土和薄鹽，場(chǎng)區(qū)地表被多年雨水蒸發(fā)后留下的結(jié)晶鹽所覆蓋[10]。

選取2018年4月27日4時(shí)00分的敦煌區(qū)域數(shù)據(jù)用于交叉定標(biāo)系數(shù)計(jì)算，其他日期數(shù)據(jù)用于結(jié)果精度評(píng)價(jià)。選取時(shí)間如表1所示。

表1 在不同區(qū)域不同時(shí)間的MODIS數(shù)據(jù)和FY4A AGRI數(shù)據(jù)

圖2為2018年4月27日4時(shí)00分敦煌區(qū)域MODIS和AGRI圖像以及2018年7月13日01時(shí)00分、2018年7月13日01時(shí)05分澳大利亞弗羅姆干鹽湖的AGRI和MODIS圖像。

圖2 敦煌與澳大利亞弗羅姆干鹽湖定標(biāo)校正場(chǎng)

2 研究方法

2.1 交叉輻射定標(biāo)原理

交叉定標(biāo)是當(dāng)需要定標(biāo)的衛(wèi)星傳感器與定標(biāo)精度較好的衛(wèi)星傳感器對(duì)同一區(qū)域的目標(biāo)地物進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)比二者之間所測(cè)量的值實(shí)現(xiàn)對(duì)所需定標(biāo)衛(wèi)星傳感器的標(biāo)定[11]。當(dāng)2個(gè)遙感器觀測(cè)地面上同一塊區(qū)域，考慮觀測(cè)幾何、大氣條件、傳感器光譜響應(yīng)等差異，根據(jù)參考衛(wèi)星傳感器表觀反射率或入瞳輻亮度推算待定標(biāo)衛(wèi)星傳感器的表觀反射率或入瞳輻亮度，并結(jié)合待定標(biāo)衛(wèi)星圖像的灰度值即可得到待定標(biāo)傳感器的定標(biāo)系數(shù)。

目前較常使用的交叉輻射定標(biāo)方法為輻射傳輸模型法和光線匹配法。輻射傳輸模型法主要考慮不同的衛(wèi)星傳感器對(duì)應(yīng)的光譜響應(yīng)差異，通過(guò)對(duì)光譜差異影響因素的校正，獲得比較精確的定標(biāo)系數(shù)。但輻射傳輸模型法需要較多而且不易獲得的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及大氣參數(shù)。光線匹配法的優(yōu)點(diǎn)是定標(biāo)流程相較輻射傳輸模型法易于操作、簡(jiǎn)單明了，當(dāng)所需條件滿(mǎn)足時(shí)進(jìn)行交叉輻射定標(biāo)，精度也較為可靠。但與輻射傳輸模型法相比其關(guān)鍵需要成像時(shí)間、觀測(cè)角度相同的2幅圖像。在實(shí)際應(yīng)用中，很難獲取滿(mǎn)足觀測(cè)幾何非常相近、大氣條件相同的數(shù)據(jù)，且2個(gè)遙感器之間的光譜波段也存在一定差異，若差異過(guò)大會(huì)產(chǎn)生無(wú)法接受的誤差[11]。因此，本文主要利用基于輻射傳輸模型法的思路進(jìn)行交叉輻射定標(biāo)。

2.2 交叉輻射定標(biāo)過(guò)程

采用MODIS藍(lán)光波段對(duì)FY4A AGRI進(jìn)行交叉輻射定標(biāo)時(shí)，需要充分考慮成像時(shí)刻太陽(yáng)天頂角、衛(wèi)星天頂角、衛(wèi)星相對(duì)方位角等角度的影響，以及2個(gè)通道之間光譜響應(yīng)的差異。此外，交叉定標(biāo)過(guò)程中需要將MODIS和AGRI數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確配準(zhǔn)。交叉輻射定標(biāo)流程如圖3所示，主要數(shù)據(jù)處理過(guò)程說(shuō)明如下。

圖3 MODIS對(duì)FY4A AGRI交叉輻射定標(biāo)流程圖

1)表觀反射率的6S模型模擬。6S模型模擬是構(gòu)建轉(zhuǎn)換模型的關(guān)鍵與基礎(chǔ)。利用IDL直接調(diào)用Fortran語(yǔ)言的6S源程序，并行生成查找表，分別模擬各個(gè)角度因素下的MODIS和AGRI藍(lán)光通道表觀反射率。

6S模型模擬的主要參數(shù)設(shè)置如下：地表反射率為裸土、植被、水泥表面等10種地物的ASD便攜式光譜儀測(cè)量結(jié)果；氣溶膠模式設(shè)置大陸性氣溶膠模式；根據(jù)研究數(shù)據(jù)的成像時(shí)刻設(shè)定大氣模式為中緯度夏季模式；氣溶膠光學(xué)厚度設(shè)置為0至1.5間隔0.3，太陽(yáng)天頂角、衛(wèi)星天頂角設(shè)置為0°至60°間隔10°，相對(duì)方位角設(shè)置為0°至180°間隔30°。共模擬了12 960 種不同情況下對(duì)應(yīng)的MODIS和AGRI藍(lán)光通道表觀反射率。

2)衛(wèi)星天頂角校正。因衛(wèi)星天頂角的變化，越靠近掃描線的邊緣，探測(cè)路徑越長(zhǎng)，大氣衰減越嚴(yán)重，在圖像上顯得越暗；而且同一像元點(diǎn)在不同時(shí)向、不同軌道、不同衛(wèi)星圖像上的衛(wèi)星天頂角都有較大變化?？紤]這2個(gè)方面的影響，需要將不同衛(wèi)星天頂角的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。研究中使用經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)成像時(shí)刻的衛(wèi)星天頂角差異進(jìn)行校正[12]。針對(duì)每個(gè)像元位置，采用兩步法進(jìn)行衛(wèi)星天頂角差異校正，首先將MODIS衛(wèi)星天頂角θ觀測(cè)的表觀反射率轉(zhuǎn)換為0度天頂角(即垂直探測(cè))對(duì)應(yīng)的觀測(cè)值，然后將其轉(zhuǎn)換為AGRI成像時(shí)刻衛(wèi)星天頂角θ1角度下的表觀反射率。校正模型如式(1)所示。

(1)

式中：θ為MODIS成像時(shí)刻圖像的衛(wèi)星天頂角；θ1是需轉(zhuǎn)化為FY4A AGRI成像時(shí)刻對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星天頂角；α為MODIS成像時(shí)刻每個(gè)像元位置的衛(wèi)星相對(duì)方位角。

利用不同衛(wèi)星天頂角情況下對(duì)應(yīng)的MODIS和AGRI藍(lán)光通道表觀反射率6S模擬結(jié)果，求解得4個(gè)系數(shù)，a1=0.023 187、a2=-0.497 96、b1=0.011 399、b2=0.116 27，式(1)決定系數(shù)為R2=0.95。

3)相對(duì)方位角校正。利用回歸分析方法建立相對(duì)方位角校正公式。首先將MODIS相對(duì)方位角對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為0°相對(duì)方位角對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)式(2)；然后再將其轉(zhuǎn)化為FY衛(wèi)星相對(duì)方位角所對(duì)應(yīng)的表觀反射率式(3)。

MODIS(θ1，0)=0.000 122×α+1.034 81×
MODIS(θ1，α)-0.005

(2)

MODIS(θ1，α1)=-0.000 12×α1+0.915 215×
MODIS(θ1，0)+0.013 947

(3)

式中：MODIS(θ1，α)為經(jīng)上文得到的AGRI成像時(shí)刻衛(wèi)星天頂角對(duì)應(yīng)的MODIS表觀反射率；MODIS(θ1，0)為0°相對(duì)方位角對(duì)應(yīng)的表觀反射率；α1為FY AGRI成像時(shí)刻的相對(duì)方位角角度；MODIS(θ1，α1)為FY4A AGRI相對(duì)方位角所對(duì)應(yīng)的表觀反射率。

利用不同相對(duì)方位角情況下對(duì)應(yīng)的MODIS和AGRI藍(lán)光通道表觀反射率6S模擬結(jié)果，分別對(duì)式(2)、式(3)進(jìn)行擬合得到回歸系數(shù)，方程的決定系數(shù)分別為0.947 1、0.947 5。

4)光譜響應(yīng)差異校正。通過(guò)6S模型模擬在相同觀測(cè)幾何下，AGRI表觀反射率與MODIS表觀反射率的關(guān)系，建立回歸分析得到系數(shù)，將經(jīng)衛(wèi)星天頂角、相對(duì)方位角角度差異校正后的表觀反射率通過(guò)式(4)進(jìn)行光譜響應(yīng)差異校正。

FY(θ1，α1)=1.002 8×MODIS(θ1，α1)+0.001 9

(4)

式中：決定系數(shù)為0.996 8；MODIS(θ1，α1)為經(jīng)衛(wèi)星天頂角、相對(duì)方位角校正后的表觀反射率；FY(θ1，α1)為衛(wèi)星天頂角θ1、相對(duì)方位角α1觀測(cè)角度下的理論模擬的FY4A AGRI表觀反射率。

5)交叉輻射定標(biāo)系數(shù)計(jì)算與精度評(píng)價(jià)。通過(guò)得到理論模擬的FY4A AGRI藍(lán)光波段的表觀反射率與進(jìn)行定標(biāo)點(diǎn)配準(zhǔn)后的AGRI藍(lán)光波段的DN值，利用二者之間的關(guān)系，建立線性模型，求得經(jīng)交叉輻射定標(biāo)后的定標(biāo)系數(shù)，即增益和偏移量。

以相對(duì)誤差作為精度評(píng)價(jià)指標(biāo)，計(jì)算如式(5)所示。

(5)

式中：FY是通過(guò)輻射定標(biāo)得到的表觀反射率；FY′是MODIS表觀反射率經(jīng)角度和光譜響應(yīng)差異校正后得到的參考表觀反射率數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 定標(biāo)系數(shù)計(jì)算

MODIS表觀反射率經(jīng)角度差異校正、光譜響應(yīng)差異校正后，得到理論上的FY4A衛(wèi)星AGRI藍(lán)光波段表觀反射率，將其與同一位置的AGRI藍(lán)光波段原始DN值進(jìn)行線性相關(guān)分析，二者之間的散點(diǎn)圖及線性回歸結(jié)果如圖4所示。

圖4 AGRI藍(lán)光通道表觀反射率與DN值散點(diǎn)圖

根據(jù)圖4，AGRI藍(lán)光通道表觀反射率與DN值之間存在著高度線性相關(guān)關(guān)系，擬合度為0.87，線性公式為y=0.000 28x+0.031 6，通過(guò)交叉輻射定標(biāo)得到的增益和偏移分別是0.000 28、0.031 6。如圖4所示，大部分散點(diǎn)分布較為集中，但也有部分散點(diǎn)偏離趨勢(shì)線較遠(yuǎn)，需定量分析擬合公式的誤差影響，開(kāi)展交叉輻射定標(biāo)系數(shù)的應(yīng)用精度分析，檢驗(yàn)交叉輻射定標(biāo)后系數(shù)的合理性。

3.2 交叉輻射定標(biāo)系數(shù)精度評(píng)價(jià)與分析

利用敦煌區(qū)域與澳大利亞弗羅姆干鹽湖區(qū)域進(jìn)行定標(biāo)系數(shù)的驗(yàn)證。精度驗(yàn)證過(guò)程如下：首先將MODIS數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)角度因素校正和光譜響應(yīng)差異校正后轉(zhuǎn)換為FY4A AGRI應(yīng)觀測(cè)的數(shù)據(jù)，并將其作為表觀反射率真實(shí)值標(biāo)準(zhǔn)；然后比較交叉輻射定標(biāo)系數(shù)和原始定標(biāo)系數(shù)用于輻射定標(biāo)的精度差異，判斷修正后系數(shù)的合理性。

1)交叉輻射定標(biāo)影響因素分析。影響衛(wèi)星傳感器交叉輻射定標(biāo)精度的因素有很多，包括2個(gè)傳感器的光譜響應(yīng)函數(shù)差異和波段的設(shè)置、參考傳感器的輻射定標(biāo)精度、大氣輻射傳輸模擬的誤差、不同傳感器過(guò)境時(shí)間差、地物目標(biāo)的穩(wěn)定性和BRDF特性、觀測(cè)幾何、大氣的穩(wěn)定性與遙感器的偏振不確定性等[13]。對(duì)于圖像匹配誤差可以選擇大面積區(qū)域作為均勻地物的圖像并通過(guò)圖像幾何校正來(lái)降低或消除，而對(duì)于地面所產(chǎn)生的不均勻性和大氣不穩(wěn)定性導(dǎo)致的誤差，通過(guò)嚴(yán)格選擇交叉定標(biāo)條件(選擇過(guò)境時(shí)間間隔短的、朗伯性好的地表，同為垂直觀測(cè)等)的圖像來(lái)降低[14]。研究中選擇的敦煌區(qū)域與弗羅姆干鹽湖區(qū)域都是常用的輻射定標(biāo)場(chǎng)，能夠滿(mǎn)足交叉定標(biāo)的條件以及場(chǎng)地環(huán)境要求。因此，研究中只對(duì)不同角度因素產(chǎn)生的誤差與光譜響應(yīng)誤差進(jìn)行了對(duì)比分析，選取2018年4月27日4時(shí)00分敦煌區(qū)域MODIS和AGRI數(shù)據(jù)以及2018年7月13日01時(shí)00分、2018年7月13日01時(shí)05分澳大利亞弗羅姆干鹽湖的AGRI和MODIS數(shù)據(jù)驗(yàn)證分析，判斷影響交叉輻射定標(biāo)的最主要因素，結(jié)果如表2所示。

表2 考慮不同影響因素的交叉輻射定標(biāo)系數(shù)與官方定標(biāo)系數(shù)相對(duì)誤差對(duì)比

根據(jù)表2，當(dāng)只考慮衛(wèi)星天頂角時(shí)，交叉輻射定標(biāo)精度在2個(gè)區(qū)域分別提高了0.34%，0.3%，其誤差減少比例(誤差減少大小占原始定標(biāo)系數(shù)的誤差百分比)為4.9%，4.4%；只考慮相對(duì)方位角時(shí)，交叉輻射定標(biāo)精度分別提高0.17%，0.18%，其誤差減少比例分別為2.2%，2.6%；只考慮傳感器光譜響應(yīng)差異時(shí)，交叉輻射定標(biāo)精度在兩區(qū)域分別提高了0.35%，0.41%，其誤差減少比例為5.3%，6.0%。以上分析表明，這3類(lèi)因素都對(duì)定標(biāo)精度產(chǎn)生了重要影響，通過(guò)誤差減少比例判斷，光譜響應(yīng)差異的影響最為重要，誤差減少比例和其精度提高最為明顯。

由表2綜合角度和光譜差異因素的誤差分析結(jié)果可以看出，同時(shí)考慮3種因素后，交叉輻射定標(biāo)系數(shù)誤差在2個(gè)檢驗(yàn)區(qū)域內(nèi)較原始定標(biāo)系數(shù)分別下降了0.71%，0.44%，而且比單獨(dú)考慮一種因素時(shí)的誤差都要小。參考鐘曉雯等[15]在GF-4可見(jiàn)光及近紅外譜段的輻射定標(biāo)的研究，交叉輻射定標(biāo)系數(shù)的相對(duì)誤差在可接受范圍內(nèi)。

2)交叉輻射定標(biāo)系數(shù)精度評(píng)價(jià)分析。利用敦煌區(qū)域和澳大利亞弗羅姆干鹽湖同一位置4個(gè)季節(jié)AGRI圖像數(shù)據(jù)和MODIS圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行原始定標(biāo)和交叉輻射定標(biāo)的驗(yàn)證分析，比較修正前后的誤差變化，結(jié)果如表3、表4所示。

表3 敦煌區(qū)域不同時(shí)向交叉輻射定標(biāo)系數(shù)與官方定標(biāo)系數(shù)相對(duì)誤差對(duì)比

表4 弗羅姆干鹽湖區(qū)域不同時(shí)向交叉輻射定標(biāo)系數(shù)與官方定標(biāo)系數(shù)相對(duì)誤差對(duì)比

根據(jù)表3，當(dāng)敦煌區(qū)域同一位置不同時(shí)，向進(jìn)行定標(biāo)系數(shù)修正前后的驗(yàn)證分析，交叉輻射定標(biāo)后的誤差與原始定標(biāo)的誤差隨著使用時(shí)間的不斷增加，誤差也呈現(xiàn)向上遞增的趨勢(shì)。原始定標(biāo)系數(shù)的誤差變化分別是為0.15%、0.12%、0.17%，交叉輻射定標(biāo)系數(shù)的誤差變化分別為0.11%、0.07%、0.12%。由表4可看出，當(dāng)澳大利亞弗羅姆干鹽湖區(qū)域同一位置不同時(shí)向進(jìn)行定標(biāo)系數(shù)修正前后的驗(yàn)證分析時(shí)，其上升趨勢(shì)與敦煌區(qū)域的相類(lèi)似，相對(duì)誤差呈現(xiàn)向上遞增的狀態(tài)。原始定標(biāo)系數(shù)的誤差變化分別是為0.31%、0.29%、0.35%，交叉輻射定標(biāo)系數(shù)的誤差變化分別為0.26%、0.22%、0.35%，且交叉輻射定標(biāo)系數(shù)誤差變化因?yàn)橥瑫r(shí)考慮了角度因素和光譜響應(yīng)差異因素，所以與原始定標(biāo)系數(shù)的誤差變化相比都要小。

通過(guò)對(duì)固定目標(biāo)的響應(yīng)判斷即FY4A AGRI藍(lán)光通道在固定區(qū)域內(nèi)DN值的變化大小，判斷傳感器硬件的影響(圖5)。

圖5 敦煌區(qū)域和弗羅姆干鹽湖區(qū)域平均DN值變化圖

由圖5可見(jiàn)，2個(gè)區(qū)域在不同季節(jié)隨使用時(shí)間增多，平均DN值呈下降趨勢(shì)，敦煌區(qū)域平均DN值(圖5(a))分別減少33、31、69；澳大利亞弗羅姆干鹽湖區(qū)域平均DN值(圖5(b))分別減少49、42、68。由此可見(jiàn)，DN值隨著時(shí)間的使用其是在不斷減少的，也驗(yàn)證了藍(lán)光通道的衰減與傳感器硬件部分老化等因素有關(guān)。根據(jù)表3、表4、圖5可知，藍(lán)光通道的衰減影響了定標(biāo)前后的誤差精確程度，且衰減程度與傳感器硬件有關(guān)。

進(jìn)一步地，針對(duì)研究區(qū)域，以2018年4月27日敦煌數(shù)據(jù)和2018年7月13日澳大利亞弗羅姆干鹽湖區(qū)域?yàn)槔?，MODIS表觀反射率經(jīng)角度和光譜響應(yīng)差異校正后的數(shù)據(jù)為參考，得到原始定標(biāo)系數(shù)和交叉輻射定標(biāo)系數(shù)用于輻射定標(biāo)的誤差分布直方圖(圖6)。

由圖6(a)、圖6(b)可以看出，敦煌區(qū)域輻射定標(biāo)的相對(duì)誤差分布直方圖類(lèi)似正態(tài)分布形狀，交叉輻射定標(biāo)(圖6(a))相對(duì)誤差的平均值是5.80%，而且相對(duì)誤差分布直方圖峰值在6%處，而原始定標(biāo)系數(shù)的相對(duì)誤差(圖6(b))相對(duì)誤差的平均值是6.51%，直方圖的峰值位于6.5%～7.5%之間，交叉輻射定標(biāo)系數(shù)的相對(duì)誤差更小。澳大利亞弗羅姆干鹽湖區(qū)域(圖6(c)、圖6(d))交叉輻射定標(biāo)系數(shù)(圖6(c))的相對(duì)誤差平均值是4.84%，直方圖峰值位于1.0%～2.5%之間；原始定標(biāo)系數(shù)(圖6(d))的相對(duì)誤差平均值是5.28%，且直方圖峰值位于2%～3%之間。

綜合上述表2、表3、表4和圖6的分析結(jié)果，交叉輻射定標(biāo)系數(shù)進(jìn)行輻射定標(biāo)后的精度優(yōu)于原始定標(biāo)系數(shù)，可為后續(xù)藍(lán)光通道更高精度的定量應(yīng)用提供支持。

圖6 敦煌區(qū)域和弗羅姆干鹽湖區(qū)域誤差分布直方圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文利用具有高輻射精度的MODIS作為交叉定標(biāo)的參考傳感器，對(duì)FY4A AGRI的可見(jiàn)光藍(lán)光波段進(jìn)行交叉輻射定標(biāo)。為了得到較為準(zhǔn)確的AGRI藍(lán)光表觀反射率，著重考慮角度因素和光譜差異的影響，最終獲取AGRI藍(lán)光波段的定標(biāo)系數(shù)。

通過(guò)本文研究，得到以下結(jié)論：①在敦煌與弗羅姆干鹽湖定標(biāo)場(chǎng)檢驗(yàn)區(qū)內(nèi)，交叉輻射定標(biāo)系數(shù)的相對(duì)誤差分別為5.80%和4.84%，且均小于原始定標(biāo)系數(shù)的相對(duì)誤差6.51%，5.28%。②單一因素對(duì)交叉輻射定標(biāo)的影響分析表明，成像時(shí)刻角度因素和不同傳感器光譜響應(yīng)差異因素都對(duì)誤差精度有所影響，其中光譜響應(yīng)差異是最重要的影響因素。③由于AGRI傳感器的長(zhǎng)時(shí)間使用，藍(lán)光通道也在不斷衰減，其修正前后誤差的精確程度隨著藍(lán)光通道的衰減而受到相應(yīng)影響。