HJ-1A/CCD1传感器的长时间序列交叉定标*

doi:10.7523/j.ucas.2024.067

中国科学院大学学报

HJ-1A/CCD1传感器的长时间序列交叉定标^*

马忠辉¹, 崔珍珍^2,3†, 闫东川⁴, 刘冰洁⁵, 万意⁶, 王志强⁷, 张成龙⁸

1 国家能源投资集团有限责任公司,北京 100011;
2 中国科学院空天信息创新研究院数字地球重点实验室,北京 100094;
3 中国科学院空天信息创新研究院可持续发展大数据国际研究中心,北京 100094;
4 中国冶金地质总局矿产资源研究院,北京 101300;
5 北京卫星导航中心,北京 100094;
6 北京市测绘设计研究院,北京 100045;
7 太原理工大学电子信息与光学工程学院,太原 030600;
8 中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院,北京 100083

收稿日期:2024-04-10 修回日期:2024-07-12 发布日期:2024-07-17
通讯作者: ^†E-mail: cuizz@aircas.ac.cn
基金资助:
*高分辨率对地观测系统重大专项（30-Y60B01-9003-22/23）和内蒙古自治区科技计划项目（2022YFHH0071）资助

Long time series cross radiometric calibration of HJ-1A/CCD1

MA Zhonghui¹, CUI Zhenzhen^2,3†, YAN Dongchuan⁴, LIU Bingjie⁵, WAN Yi⁶, WANG Zhiqiang⁷, ZHANG Chenglong⁸

1 China Energy Investment Group Co., Ltd, Beijing 100011, China;
2 Key Laboratory of Digital Earth Science, Aerospace Information Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094, China;
3 International Research Center of Big Data for Sustainable Development Goals, Aerospace Information Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094, China;
4 Institute of Mineral Resources Research, China Metallurgical Geology Bureau, Beijing 101300, China;
5 Beijing Satellite Navigation Center, Beijing 100094, China;
6 Beijing Institute of Surveying and Mapping, Beijing 100045, China;
7 College of Electronic Information and Optical Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030600, China;
8 School of Geoscience and Surveying Engineering, China University of Mining and Technology-Beijing, Beijing 100083, China

Received:2024-04-10 Revised:2024-07-12 Published:2024-07-17

摘要/Abstract

摘要： 环境一号卫星A星（HJ-1A）CCD1传感器的在轨绝对辐射定标频次仅限于一年一次的场地定标,作为对场地定标的补充,交叉定标能够实现高频次的在轨绝对辐射定标。本文基于敦煌定标场,以Terra/MOIDS为基准传感器,通过限制成像角度（小于20°）、成像时刻（小于2 h）、云量和成像质量等约束,共计筛选出2008年9月—2021年12月147组有效交叉定标影像对,利用6SV v2.1模型进行辐射传输计算得到二者之间的光谱匹配因子,最终实现对HJ-1A/CCD1传感器的长时间序列交叉定标。结果表明：（1）本文计算得到的交叉定标系数与官方公布的场地定标系数高度一致,交叉定标系数与官方定标系数之间的平均相对差异小于2.25%,定标结果的不确定度在5.34%以内;（2）长时间序列交叉定标结果表明,HJ-1A/CCD1传感器发射1 a后,其增益状态于2009年10月20日进行了调整,导致交叉定标系数在发射后的第409 d发生突变,增益调整后整体辐射性能较为平稳;（3）2009年10月—2021年12月期间,HJ-1A/CCD1传感器的辐射性能呈波动缓慢下降趋势,年衰减率小于3.10%。本文的方法可以有效地提高HJ-1A/CCD1传感器的辐射定标频次和定标精度,实现对HJ-1A/CCD1传感器全生命周期辐射性能的监测。

关键词: 遥感, 交叉定标, HJ-1A/CCD1, MODIS, 不确定度分析

Abstract: Huanjing-1A (HJ-1A) CCD1 has four reflected solar bands in visible and near-infrared bands. The on-orbit absolute radiometric calibration frequency of HJ1A/CCD1 is limited to the annual site calibration. Cross calibration, as a supplement means of site calibration, can achieve high-frequency on-orbit absolute radiometric calibration. In this paper, we select Terra/MOIDS as the reference sensor to perform long time series cross calibration on HJ-1A/CCD1 based on Dunhuang calibration site. By limiting conditions such as the imaging angle difference (less than 20°), the imaging time difference (less than 2 hours), cloud cover, and imaging quality between HJ1A/CCD1 and Terra/MODIS, a total of 147 effective cross calibration image pairs were screened out from September 2021 to December 2021. Then the 6SV v2.1 radiative transfer model was used to calculate the spectral band adjustment factor, and ultimately achieving long time series cross calibration of HJ-1A/CCD1. The results show that: (1) The cross-calibration coefficients calculated in this article are highly consistent with the officially published calibration coefficients, with an average relative difference of less than 2.25%. The calibration uncertainty is within 5.34%. (2) The long time series cross calibration results show that after one year on-orbit operation, the gain status of HJ-1A/CCD1 was adjusted on October 20, 2009, resulting in a sudden change in the cross-calibration coefficients on the 409th day after launch. After the adjustment, the overall radiometric performance was relatively stable. (3) The radiometric performance of HJ-1A/CCD1 showed a slow and fluctuating downward trend from October 2009 to December 2021, with an annual attenuation rate of less than 3.10%. The method proposed in this paper can effectively improve the radiometric calibration frequency and accuracy, and can be used for radiometric performance monitoring over the whole life cycle of HJ-1A/CCD1.

Key words: remote sensing, cross calibration, HJ-1A/CCD1, MODIS, uncertainty analysis

中图分类号:

P237

马忠辉, 崔珍珍, 闫东川, 刘冰洁, 万意, 王志强, 张成龙. HJ-1A/CCD1传感器的长时间序列交叉定标^*[J]. 中国科学院大学学报, DOI: 10.7523/j.ucas.2024.067.

MA Zhonghui, CUI Zhenzhen, YAN Dongchuan, LIU Bingjie, WAN Yi, WANG Zhiqiang, ZHANG Chenglong. Long time series cross radiometric calibration of HJ-1A/CCD1[J]. Journal of University of Chinese Academy of Sciences, DOI: 10.7523/j.ucas.2024.067.

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