高分五号卫星高光谱AHSI和多光谱VIMI传感器辐亮度数据的交互对比.docx
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2022-11-30
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中国自 2010 年实施高分辨率对地观测系统重大专项以来，已先后发射了一系列高分
卫星。其中于 2018 年 5 月 9 日发射的高分五号(GF-5)卫星是一颗极具特色的卫星，它搭
载有 6 台不同的传感器，是首颗实现对陆地和大气综合观测的卫星，而其中主要承担对地
观测任务的是可见光短波红外高光谱传感器(advanced hyperspectral imager，AHSI)和全
谱段光谱传感器(visual and infrared multispectral imager，VIMI)。
近 20 年来，全世界有众多的新型卫星传感器相继升空，为地球表面观测提供了丰富
的数据，并由此引发了各种传感器之间光谱信号的交互对比研究。其中，开展较多的有美
国 Landsat 系列卫星之间的交互对比，如 Landsat TM、ETM+以及 OLI/TIRS 之间的对比
[1-4]
。由于 Landsat 系列卫星是世界上定标精度较高的卫星，因此各种卫星传感器与
Landsat TM/ETM+/OLI/TIRS 传感器的交互对比也比较常见，如 MODIS
[5-6]
、ASTER
[7-8]
、
IRS-P6
[9]
、IKONOS
[10]
和 Sentinel-2
[11-12]
等分别与 Landsat 对应的卫星传感器进行了对比。
通过与定标精度高的卫星传感器光谱信号进行对比，可查明被对比传感器的光谱信号差
异，以提高其定标精度。
近年来，中国国产卫星发展迅速，国产卫星之间的交互对比和定标研究也相继开展。
Quan
[13]
对比了环境一号(HJ-1A)和 MODIS 数据，发现二者在 3 个可见光波段的平均相对
误差小于 8.5%。赵凯等
[14]
研究了 HJ-1 A/B 和 Landsat TM/ETM+植被指数之间的关系，发
现它们对应的植被指数之间存在极显著的正相关关系。张学文等
[15]
利用 Landsat 8 影像对
资源三号(ZY-3)卫星进行了交互对比，结果表明，交互对比和场地定标的结果有较好的吻
合性。徐涵秋等
[16]
则发现 ZY-3 的植被观测能力和高分一号(GF-1)卫星很接近，二者的差
异为 3%。Li 等
[17]
对 GF-1 和 Landsat-8 数据的对比表明，二者在 4 个多光谱波段大部分反
射率范围内的平均误差小于 5%。吴晓萍等
[18]
基于敦煌定标场的同步影像将 GF-1、GF-2
与 Landsat-8 进行对比，结果发现 GF-1、GF-2 与 Landsat-8 数据具有很高的一致性，但
也存在着一定的差异，且在近红外波段表现得较为明显。Chen 等
[19]
根据新提出的定标参
数对 GF-4 和 Landsat-8 数据进行对比，结果发现二者的反射率差异小于 5%。Gao 等
[20]
将 GF-4 数据与 Landsat-8、Sentinel-2 和 MODIS 等多种传感器的多光谱数据进行对比，
结果发现它们之间的差异因场地和传感器而异。迄今为止，仍未见 GF-5 卫星交互对比的
研究报道，但有少量传感器在轨定标的研究。刘银年等
[21]
的研究表明，AHSI 高光谱数据的
相对辐射定标误差小于 0.5%，场地绝对辐射定标的检验精度误差小于 5%。
由于光学传感器易受云雨的影响，因此容易造成数据的缺失。通过各种不同传感器数
据的交互对比，可以让它们之间的数据互为转换，为长时间序列的对地观测和变化监测提
供连续的遥感数据。因此，不同传感器之间的交互对比是一项极为重要的基础工作。遥感
传感器光谱信号之间精确对比的重要前提是被对比传感器之间必须具有同步观测的数据。
为此，美国 Landsat-7 ETM+发射后，为了和先期在轨运行的 Landsat-5 TM 进行交互对
比，使用编程使二者同日过境，实现同步观测，但先后时间间隔仍大于 20 min
[1]
。同样
Landsat-8 发射后，将 Landsat-7 ETM+卫星编程实现与 Landsat-8 同日观测和交互对比，
但二者的间隔同样大于 20 min
[3]
。而 GF-5 的高光谱 AHSI 和多光谱 VIMI 是搭载于同一颗
卫星的两个传感器，可实现对同一地面目标严格同步、无时间间隔的观测，为这两个传感
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