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基于西光壹号01星和西光壹号05星（天仙配号）高光谱卫星的在轨交叉定标

2025-07-18

原理介绍

交叉定标是利用定标精度较高的传感器作为参考，对待定标的传感器进行定标。其原理是选取对同一目标成像的同步或近似同步的影像对，在分析两个传感器光谱响应、观测几何、大气参数等匹配的基础上，建立两个传感器图像数字计数值之间的关系，利用参考传感器已知的辐射定标系数求解待标定传感器的定标系数。通常情况下，卫星遥感器的DN值与入瞳辐亮度（表观辐亮度，Top-of-Atmosphere Radiance, TOA）存在线性关系：L= gain·DN+ offset式中，gain和 ofset分别是定标系数的增益和截距，L表示传感器的入瞳辐亮度，DN表示图像的数字计数值。

数据

	西光壹号 01星	西光壹号 05星（天仙配号）
类型	参考数据	待标定数据
波长范围（nm）	441-854	431-853
波段数量	150	72
FWHM（nm）	1.945	9.16
GSD（m）	40	40
轨道高度（km）	484	492
幅宽（km）（@500km）	80	80

流程

1、影像对选择

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根据区域范围、成像时间以及观测角进行约束。具体为每景影像中心点距离在50km内，保证有大部分重叠区域。成像时间差异1天内，观测角差异小于2°。

2、区域选择

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西光壹号01星样本区域示例

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西光壹号05星（天仙配号）样本区域示例

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西光壹号01星样本区域平均辐亮度曲线示例

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西光壹号05星（天仙配号）样本区域平均DN值曲线示例

选择柴达木盆地东部区域的均匀地表作为校正目标区域。最终筛选出16组数据。每组数据中，分别在西光壹号01星和西光壹号05星（天仙配号）数据中选择相同区域作为样本。

3、西光壹号01星光谱校正

对西光壹号01星使用760nm氧气吸收谷进行光谱校正，校正中心波长位置以进行后续光谱重采样和光谱匹配因子（SMF）计算。

4、西光壹号01星辐射校正

使用场地定标系数进行辐射校正，获取样本区域的表观辐亮度数据，每个样本计算区域内的辐亮度平均值。

5、西光壹号05星（天仙配号）暗电流校正

使用西光壹号05星（天仙配号）夜间拍摄的沙漠区域数据进行暗电流计算，逐波段计算暗电流，以对原始影像进行暗电流校正，得到样本区域的校正后DN值，每个样本计算区域内的DN值平均值。

6、西光壹号01星对西光壹号05星（天仙配号）中心波长辐亮度拟合

参考和待校正数据均为高光谱数据，其光谱响应函数（SRF）均为高斯型，但半高全宽（FWHM）有明显差异，会导致辐射偏差，尤其在光谱特征显著的波段（如吸收带）。因此需要进行光谱重采样和光谱匹配因子校正以弥补FWHM的差距。

SRF和光谱重采样：对西光壹号01星1.945nm数据使用高斯卷积模拟西光壹号05星（天仙配号） 9.16 nm的SRF，减少光谱细节丢失，同时使用三次插值，匹配西光壹号05星（天仙配号）中心波长。接下来获取两颗卫星的SRF，选择不同地物标准目标光谱，使用辐射传输模型进行TOA模拟，以计算SMF，校正辐射偏差。

7、西光壹号01星表观辐亮度匹配西光壹号05星（天仙配号） DN值

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