1 FY-2B发射前定标

FY-2B于2000年6月25日升空，并顺利定位于105°E赤道上空。7月5日正式发布第一张可见光云图。FY-2B为我国静止气象卫星FY-2系列03星，上海技术物理研究所为其研制的扫描辐射计有两套，为9901、9902。发射前，FY-2B于1999年9月27日至10月25日在昆明中国科学院云南天文台进行了扫描辐射计可见光通道的地面定标。FY-2B采用了编号9902的扫描辐射计。

可见光通道探测器主、备各4个，其探测波段均为0.5~1.05 μm (光谱响应函数见图 1)。发射前测定的信号输出与目标反射率的关系见图 2，最大输出在2V左右。可见光通道动态范围最高端调整在目标反射率95 %时通道输出为5 V，据此确定了探测器主放大器的放大倍数，见表 1。各通道放大后，见图 3，其8个通道的输出与目标反照率的关系完全一致，说明辐射计各通道的性能非常相近，其最大输出5V多。从《FY-2(03) 星发射场探测系统最终测试数据》中，可以得到FY-2(03) 扫描辐射计可见光通道A/D量化表，即计数值与电压输出值的关系，为两段线性关系。从这些关系可以作出FY-2B可见光通道增益08级的定标表，即计数值与电压和计数值与反射率之间的对照关系^[1]。

从FY-2B (A探测器) 可见光云图中发现:最大的计数值只有44，远没有达到可见光的最大计数值63(6bit)。表明可见光探测器的最大输出达不到5V，出现这种情况有两种可能:探测器在发射后大幅衰减或发射前定标存在较大误差。从两年来可见光通道在轨电定标的数据和卫星地方时子夜图像中太阳像的计数值较稳定来看，FY-2B可见光通道探测器基本没有衰减。而可见光图像中存在较严重的杂散光影响，在时间和空间分布上变化不定。因此表明，由于杂散光的影响，使得发射前确定的主放器放大倍数实际达不到设定的探测范围。

现在FY-2B可见光各通道增益全都调到了14级。08级时为主放大倍数1 :1，14级为1 :1.54，具体见表 1，即说明发射前的主放大倍数确定值与实际需要值小了50 %多，发射前定标存在较大误差。因此，FY-2B可见光通道的定标较大程度上依赖于外定标———场地辐射定标^{[2, 3]}。

2 FY-2B敦煌场地定标

2002年7月对FY-2B卫星可见光通道进行了场地定标试验。经过对观测数据的处理、辐射传输和定标计算，获得了4个可见光通道的定标结果。

2.1 试验前仪器准备

为了保证场地辐射定标精度，按照场地辐射定标测试规范，场地测量前必须对所有测量仪器进行定标和标定。在国家卫星气象中心定标实验室进行了仪器的检测，2002年6月下旬在中国科学院安徽光机所辐射校正场主定标实验室对Field Spec ASD野外光谱仪 (光谱范围:350~2500 nm) 进行了标定 (响应、稳定性、重复性) 和波长校正，对测量用的漫反射参考板进行了BRDF测定。

2.2 场地同步观测

经实地踏勘后，选定了FY-2B同步观测区为辐射校正场大区中一块10 km ×10 km的方形区域，四角的经纬度为:40°11′57″N，40°02′59″N，94°12′00″E，94°22′53″E。

FY-2B主要进行三方面的同步测量^{[4, 5]} :

(1) 场区地表光学特性测量

在同步观测区，进行可见-短波红外反射辐射测量，用于导出地表反射比。根据天气状况，于7月18、20日进行了FY-2B的同步观测。利用Field Spec ASD光谱仪进行场地各测量点地表反射比测量。在GPS定位及引导下，驾驶越野车在同步区中的11个测量点，分别进行2次参考板、5次地面目标测量 (一分钟内完成)。全部测量点的测量在2小时内完成。

(2) 场区大气光学特性观测^[6]

在敦煌辐射校正场基地楼和敦煌同步场西南边的玉门关收费站各设置一台CE318太阳光度计，自7月7~23日连续进行大气气溶胶光学特性观测。用于获取该地区大气总消光光学厚度、气溶胶消光光学厚度与大气透过率。

(3) 场区气象参数观测

在敦煌气象局协助下，在大气观测点进行了地面常规气象参数观测。高空气象观测除常规观测外，在同步观测日增加一次探空气球观测。气象观测获得的气象参数为:气压、温度、湿度、风速、风向、云状、云量和能见度。高空气象参数为:海拔高度、气压、温度、湿度、风速、风向。

2.3 数据处理和定标计算 2.3.1 同步测量数据处理

① 地表反射比计算

首先对场地测量数据进行整理。利用参考板和地面测量数据计算出相对反射比，根据同步测量时刻的太阳天顶角数据与参考板BRDF定标数据进行插值计算获得敦煌场地表绝对反射比，图 4为2002年7月18、20日利用Field Spec ASD光谱仪测量获得的敦煌场地反射比。两天的反射比数据相差大约为1.23 %。

② 反射比BRDF校正

尽管敦煌场朗伯特性较好，但由于FY-2B卫星相对于敦煌场的卫星天顶角约为47°，因此需要对获得的反射比进行BRDF校正。利用辐射校正场前期和本次测量的场地BRDF数据，校正场修正的地表测量反射比f_BRDF为:

(1)

其中，λ₁=0.5 μm、λ₂=1.1 μm，f为地面垂直测量反射比，BRDF为双向校正因子，R为FY-2B光谱响应函数，见图 1。FY-2B过敦煌场时刻对应的BRDF，见图 5，最大修正量达25 %。

③ 大气参数计算

利用CE318太阳光度计测量数据和兰勒法计算获得整层大气总光学厚度；用气压值计算出瑞利散射光学厚度，然后从总光学厚度中分离出气溶胶消光光学厚度，最后推算出550 nm处的气溶胶光学厚度；利用天空漫射和太阳总辐射测值，计算获得天空与太阳漫射比；利用探空观测数据计算出水汽含量；从NASA TOMS获得敦煌臭氧含量。卫星扫描时550 nm气溶胶光学厚度、水汽含量和臭氧含量如表 2。

2.3.2 卫星数据获取

从FY-2B卫星图像圈定敦煌场区域，经地标导航和星-地测量配准，提取敦煌测区各可见光通道计数值并取平均。冷空间计数值，取卫星图像不受杂散光影响的区域 (为0)。

2.3.3 辐射定标计算

将场地同步观测获得的相关参数输入6S辐射传输模型，计算获得FY-2B卫星入瞳处可见光各通道表观反射率。

2.3.4 可见光通道定标查算表生成

在发射前定标中得到的是卫星遥感器输出电压与反照率之间的线性关系，而电压与卫星扫描计数值之间为两段直线-折线关系。根据在轨电定标阶梯 (见图 6) 及发射前设定的阶梯电压，可以得到可见光通道A/D量化关系，即计数值与电压对照表，由此可得到卫星图像计数值对应的输出电压值，再将电压和表观反射率建立线性关系。反射率与电压的关系式为:

(2)

由式 (2) 可获得FY-2B可见光通道定标系数。由定标系数和量化关系生成新的FY-2B可见光通道查找表，表 3列出2002年7月18日定标查找表 (实际用时需作太阳高度角订正)，表 3现已作为FY-2B可见光通道的业务定标表。图 7为2002年7月18日的定标曲线，其中通道2、4基本重合。

2.3.5 场地定标误差分布

通过对场地测量和模式计算误差的分析与估计，得到可见-近红外通道定标的误差分布 (表 4)。

3 定标结果分析

从两天定标查找表的最大输出计数值63对应的反射率 (表 5) 看，与发射前设定的最大值95 %间有10 %~20 %的误差。其中除有放大倍数仍不准确的因素外，主要是由于卫星云图中杂散光的影响———无法确定同步测量时间在云图中杂散光对敦煌场地计数值的影响程度，地球外部———即空间的杂散光计数值占最大输出的10 %~20 %。因此，场地定标测量与数据处理在定标误差中只占小量。

在发射前定标误差较大、图像杂散光影响较强的情况下，FY-2B可见光通道的定量化应用存在较大问题。尽管场地定标结果仍有20 %的误差，我们还是建议在可见光云图的定量应用时可以参照做过场地方向校正的定标结果。