目标双向反射分布函数BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function)不仅是陆面遥感的关键地球物理参数,也是星载光学遥感仪器基于地面目标的场地辐射校正重要参量,是影响定标精度的关键要素。传统野外地物多角度测量使用的观测设备,一般其结构较为复杂,重量体积较大,而且运输和组装过程繁琐,观测目标时容易受地形和交通限制,难以进行高效快速精确的野外测量。近年来,无人机由于其设备操作简便、运输和观测方式灵活等方面的优点,可作为新的观测平台应用于当前遥感试验中。本文设计了一种基于无人机平台的地表BRDF测量装置、观测方案和数据处理流程。利用多旋翼低空无人机和云台的组合,搭载野外地物光谱仪和跟拍相机,通过对地面目标多角度观测和高精度定位及角度控制,实现针对固定目标的多方位角和天顶角观测。本文采用上述设计方案和观测流程,在敦煌辐射校正场开展多次稳定均匀沙漠目标的多角度光谱观测试验,并利用实验观测数据,基于Ross-Li核驱动模型推算了场地BRDF模型参数,并与MODIS的陆表BRDF产品(MCD43C1)及反射率产品(MOD/MYD09)进行对比验证。通过开展野外实验,核验了这种新的BRDF观测手段的可靠性,获取的敦煌地表BRDF参数与MODIS遥感产品有良好的一致性,各波段的相对偏差在5%以内。本研究表明,基于多旋翼无人机的BRDF观测系统,提供了一种全新的地物目标方向反射特性观测方法,可用于自动化高频次场地特性观测以及卫星同步定标等野外实验活动。在保证观测精度的同时,极大地减轻人力物力的投入,值得广泛推广应用。
为了实现对光学传感器在轨性能的连续监测,文章使用敦煌场地的自动化观测数据对"风云三号"卫星可见光红外扫描辐射计(Visible and Infrared Radiometer,VIRR)近三年的数据进行了连续定标跟踪,推算VIRR各通道的定标斜率,基于敦煌辐射校正场自动化观测的定标相较于传统现场试验定标方法具有明显提高定标频次优势。采用搭载于Aqua卫星的高精度的中分辨率成像光谱仪(Aqua Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,Aqua MODIS)观测对自动观测定标方法进行精度验证,表明该方法在可见光近红外(Visible and Near Infrared,VNIR)具有3%的定标精度,在短波红外(Short Wave Infrared,SWIR)具有5%的定标精度。将该方法的结果与业务多场地方法的结果进行比较,在3年尺度上均值相对偏差整体低于2%。对VIRR的跟踪结果表明:基于场地自动化观测能够实现长期定标监测,可将该方法推广应用于其他卫星光学载荷以真正实现多载荷的场地自动化定标业务化。
