长波红外空间光学遥感器高精度辐射定标技术

长波红外空间光学遥感器高精度辐射定标技术 Research on high-precision radiation calibration technology of long-wave infrared space optical remote sensor 1 2 first-author 赵艳华，1977年生，女，研究员，研究方向为空间光学遥感器总体设计技术、辐射定标技术。E-mail：zhaoyh304@sina.com 赵艳华，1977年生，女，研究员，研究方向为空间光学遥感器总体设计技术、辐射定标技术。E-mail：zhaoyh304@sina.com zhaoyh304@sina.com 1 2 1 1 1 2 北京空间机电研究所, 北京 100094 北京空间机电研究所, 北京 100094 Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity, Beijing 100094, China Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity, Beijing 100094, China 先进光学遥感技术北京市重点实验室, 北京 100094 先进光学遥感技术北京市重点实验室, 北京 100094 Beijing Key Laboratory of Advanced Optical Remote Sensing Technology, Beijing 100094, China Beijing Key Laboratory of Advanced Optical Remote Sensing Technology, Beijing 100094, China 为了满足中国环保、国土、农业、气象、减灾等行业对地表温度遥感高精度监测的需求，近些年来中国长波红外空间光学遥感器空间分辨率从公里尺度提高到十米尺度分辨率，定量化应用的需求也越来越高。高精度的辐射定标是保证红外数据定量化应用的关键，本文通过全链路分析了影响辐射定标精度的因素，结合某型号任务的研制过程的具体实际，分析了主要影响因素的优化方法，包括星上定标方案优化、提高星上定标黑体控温精度和标定精度、提升长波探测器性能、提高长波探测器焦面控温精度等措施提高相机的性能和输出稳定性，并通过该型号真空辐射定标试验对辐射定标精度、系统定标响应情况进行了验证，试验结果绝对辐射定标精度为0.8 K@300 K，达到国内空间分辨率小于100 m的同类长波红外空间光学遥感器的较高水平。本文介绍的长波红外空间光学遥感器性能提升方法可为今后同类遥感器的研制及辐射定标提供参考借鉴，同时提供的定标试验验证结果也可以为同类红外卫星在轨应用提供参考。 In order to meet the needs of high-precision monitoring of surface temperature remote sensing in environmental protection, land, agriculture, meteorology, disaster reduction and other industries of our country, the spatial resolution of our country’s long-wave infrared optical remote sensors has been increased from kilometer scale to ten-meter scale in recent years. The demand for quantitative applications is also increasing gradually. High-precision radiation calibration is the key to ensuring the quantitative application of infrared data. The detector of long wave infrared camera is limited by the chip material, chip preparation process, readout circuit design and production capacity and other reasons. Although the long wave infrared detector is constantly improving and developing, there are still some problems in varying degrees, such as large dark current, non-uniform response, low response and low temperature response, which directly affect the performance and radiometric calibration accuracy of long wave infrared camera.This article analyzes the factors that affect the accuracy of radiation calibration through the entire link. Combining with the specific development process of a certain model task, this article analyzes the optimization methods of the main influencing factors, including the optimization of the on-board calibration scheme, the improvement of temperature controlling accuracy and calibrating accuracy of the on-board blackbody calibration, the improvement of the performance of the long-wave detector and the improvement of the temperature controlling accuracy of the long-wave detector on the focal plane to improve the performance and output stability of the camera. The radiation calibration accuracy and the response state of system calibration has been verified through the vacuum radiation calibration test of this model. The test results show that the response slope of the radiometric calibration equation of the long wave infrared camera is effectively improved (from better than 45 of GF-5 01 satellite to better than 125 of GF-5 02 satellite), the output stability of the camera system is improved (DN value fluctuation is reduced from 20-30DN of GF-5 01 satellite to 1-2 DN of GF-5 02 satellite), and the accuracy of radiometric calibration is improved (from 1 K@300 K of GF-5 01 satellite decreased to 0.8 K@300 K of GF-5 01 satellite）.It reaches a high level among the same type of domestic long-wave infrared space optical remote sensors with a spatial resolution of less than 100 m. The performance improvement method of long-wave infrared space optical remote sensor introduced in this article can provide reference for the development and radiation calibration of similar remote sensors in the future. The calibration test verification results provided in this article can also provide references for the in-orbit applications of similar infrared satellites. 光学遥感 空间光学遥感器 长波红外 真空辐射定标试验 绝对辐射定标精度 optical remote sensing space optical remote sensor long-wave infrared vacuum radiation calibration test absolute radiation calibration accuracy 1　引言 1 近些年，随着中国热红外空间光学遥感器研制水平的不断提升，环保、国土、农业、气象、减灾等用户对长波红外谱段数据的定量化应用需求也在逐步增加（ 杨以坤 等，2019 杨以坤 等，2019 ），直接体现在光学载荷技术指标中辐射定标精度的要求越来越高。 长波红外（8—12.5 µm）空间光学遥感器（简称长波红外相机）因长波探测器输出受暗电流波动影响，每次加电输出会有一定变化，波长越长越明显，因此需设置星上定标装置，每次红外探测器加电均需进行辐射定标。 中国在轨对地观测红外相机从1999-10发射的中巴地球资源卫星ZY-1（01）星红外多光谱扫描仪（IRMSS）正式开始，该相机1988年开始研制，当时已设计星上定标装置，地面也进行了真空辐射定标，历经30多年的红外相机研制，中国相继完成遥感十四号红外相机、ZY-1（03/04）IRMSS、VRSS-2红外相机、高分五号全谱段光谱成像仪（VIMI）、HI-2A/B星红外相机、高分十三号相机等具有长波谱段的对地观测红外相机的在轨应用，长波红外相机的探测器基本只能依靠国内研制，受限于芯片材料、芯片制备工艺、读出电路设计生产能力等原因，长波红外探测器虽然不断在改进发展，但仍不同程度存在暗电流大、响应非均匀性、响应度低、低温响应弱等问题，这些直接影响长波红外相机的性能和辐射定标精度。中国在轨长波红外相机辐射定标精度统计情况见 表1 表1 。 2 参量 6 卫星 遥感十四红外相机 ZY-1（04）IRMSS VRSS-2红外相机 高五全谱段光谱成像仪VIMI HI-2A/B红外相机 高分十三相机 发射时间 2012-05 2014-12 2017-10 2018-05 2020-09 2020-10 长波谱段/μm 8—10 B12：10.4—12.5 B4：10.3—11.3 B5：11.5—12.5 B9：8.01—8.39 B10：8.42—8.83 B11：10.3—11.3 B112：11.4—12.5 B8：10.5—11.4； B9：11.5—12.5 B12：10.3—11.3； B13：11.5—12.5 空间分辨率/m 10 80 60 40 ≤96 400 幅宽/km 70 120 30 60 ≥720 400×400 绝对辐射定标精度 1.5 K@300 K 优于10% 1.5 K@300 K 1.0 K@300 K ≤1.0 K 1.0 K@300 K 辐射定标精度与辐射定标试验的设备精度、空间光学遥感器输出稳定性、数据量化精度、相对光谱响应测试误差、星上黑体控温精度等息息相关，是个贯穿空间光学遥感器研制全过程的系统性问题，需对各个影响因素进行综合考虑，既要提升长波红外相机的辐射灵敏度、长波红外探测器的响应均匀性、星上定标黑体控温精度等性能，又要降低定标试验设备误差、数据处理过程引入的误差等方面的影响。 由于红外探测器基本只能依赖国内研制，国内红外探测器性能和工艺水平虽有较大提升，但距离不断提高的定量应用需求还有一定差距，需逐步提升性能，这是核心问题；星上定标方案、定标黑体控温精度、定标黑体标定精度也是影响长波红外相机辐射定标精度的主要因素，这些也是目前急需解决的问题。 近几年随着热控技术的进步，长波红外相机星上黑体定标方案从2010年之前的常温+高温两点定标方式，逐步发展成低温+高温的两点或多点辐射定标方式，黑体控温精度从±0.15 K逐步到±0.1 K，目前最新研究成果180 mm×130 mm面源黑体控温精度已达到±0.05 K（温差≤47 K时）。 本文总结了近几年研究成果，介绍了长波红外相机性能提升方法、真空辐射定标试验方法和试验验证结果等，可为同类载荷研制和辐射定标试验提供借鉴。 2　长波红外相机性能提升研究 1 以长波红外相机在轨绝对辐射定标精度提升为目标，用FTA（故障树）方法将影响绝对辐射定标精度的因素逐级分解到最基本的底事件，将底事件对绝对辐射定标精度的影响程度和原因进行细致分析，最后找到主要影响因素，确定针对性的解决措施，有效提升了长波红外相机的系统稳定性和辐射定标精度，辐射定标精度由以往的1.0 K@300 K降至0.8 K@300 K，下面进行采取措施的具体介绍。 2.1　星上定标方案优化 2 红外探测器受暗电流波动的影响，每次加电热红外空间光学遥感器的输出会略有不同，波长越长，输出变化越大，因此需要红外探测器每次加电后进行热红外空间光学遥感器的定标，确定输入与输出的量化对应关系，为定量化应用提供基础数据。 对于高分辨率光学遥感器而言，光学口径较大，难以实现星上全光路全口径辐射定标，一般在一次像面附近设置较小的星上黑体，进行半光路全视场定标。在实验室真空辐射定标时确定全光路、半光路定标方程之间的转换关系，在轨定标时利用这一转换关系实现在轨热红外谱段绝对辐射定标。 半光路定标黑体一般通过活动机构切入切出光路来实现内黑体定标（ 图1 图1 ），转盘上分别设置高低温面源黑体，由驱动机构带动转盘转动，分别将高低温黑体切入到光路中，在每次红外探测器加电对地成像前或后进行内定标黑体成像，获得内定标方程。 全光路定标黑体一般固定在光学系统前。星上定标黑体根据工程实现能力和应用效能一般设置高低温两个温度点，如果温度点过多，黑体需多次变温及稳定，会导致定标时间加长，对相机热控系统、黑体温度控制系统造成较大压力。 黑体控温精度、温度稳定性和温度均匀性对辐射定标精度有一定影响，黑体尺寸由十几毫米逐步到两百多毫米，控温难度在不断加大，结构设计上目前主要有3种方式提高黑体温度的稳定性和均匀性，黑体背部加辐射罩/加石墨烯/加铜板等，在辐射罩/铜板/石墨烯上通过电加热器、半导体制冷器、热管等进行高低温热控措施的实施，测温元器件有热敏电阻和铂电阻两种，通过四线制测温方式采集热敏电阻或铂电阻两端电压，再对测温信号经过放大和调理后进行A/D转换，A/D转换芯片选择12位A/D转换器，以确保电路的分辨率，进而保证测控温精度，再通过利用PID算法实现黑体的高精度闭环控温。经某项目真空环境下测试验证，高低温黑体的温差在47 ℃下控温精度达到±50 mK。 2.2　提高星上黑体标定精度 2 在计量院进行了真空下某项目星上黑体的标定和测试工作，通过模拟在轨真空下的真实工作环境、细分光谱后精测、设备精度提升等手段，黑体温度不确定度从以往0.3 K减小到0.23 K。 2.3　提升长波探测器性能 2 基于液相外延生长中碲镉汞外延薄膜表面波纹的起因认识，通过控制液相外延工艺过程中的固液相密度梯度、生长速度、外延层的生长厚度和对应的组分来降低碲镉汞材料的表面起伏，来解决长波探测器输出电平起伏问题，从而降低长波探测器响应非均匀性；长波碲镉汞材料禁带宽度较窄，容易受到晶格工艺损伤的影响导致红外探测器光敏元暗电流增大，使盲元增加、稳定性降低，通过进一步优化干法刻蚀工艺后减小损伤，可有效降低暗电流，进而提高红外探测器信号响应；通过长波探测器读出电路增益优化、使增益档位间隔变小，便于成像参数增益的设置。 通过长波探测器芯片制备工艺和读出电路增益优化实现了暗电流降低、输出电平一致性提升，有效提升了长波探测器性能，以某型号长波探测器（8—12.5 μm，4个谱段）正样产品实测结果为例，NEΔT由以往180 mK降至65 mK，长波探测器输出电平波动由以往1300 mV降至710 mV，长波探测器暗电流由8 nA降至3.5 nA。 红外探测器输出电平波动变小、暗电流降低，对于成像参数能够合理设置，提升辐射定标方程斜率（表征系统的响应度）有很大帮助。 2.4　提高长波探测器焦面控温精度 2 长波探测器对焦面温度波动非常敏感，需对长波探测器焦面高精度闭环控温，使每次成像时长波焦面温度稳定在很小的温度范围内，减小焦面温度变化对相机输出稳定性的影响，获得更为准确的辐射定标方程。 通过调研国内外焦面控温技术水平，结合使用需求，在某项目研制中提出长波探测器焦面重复测温精度3 mK、控温精度9 mK的指标，经过技术攻关与实际使用条件下试验验证，实现了测温精度2 mK、控温精度8 mK，有效提高了相机输出稳定性，长波探测器对300 K黑体成像27 min ，12 bit量化的DN值变化由高分五号01星的20—30 DN提高至高分五号02星的1—2 DN。 3　真空辐射定标试验验证结果 1 3.1　试验方法 2 一般通过真空辐射定标试验获得的数据进行分析计算，得到辐射定标精度。 近几年，随着研制保障条件的改善，长波红外相机一般采用在真空罐内利用大面源黑体进行全光路全口径真空辐射定标；相机产品均放在真空罐内，模拟星上环境，对红外谱段性能指标进行测试，掌握系统在真空环境中、不同温度下的输出特性，确定在轨工作参数，掌握相机输出稳定性、相机输入输出定量关系、内外定标转换系数、动态范围等，为相机在轨图像数据的定量应用提供基础数据。 红外相机全口径全光路真空辐射定标测试系统框图如 图2 图2 所示。被测相机和黑体定标源放入真空罐内，黑体正对相机入光口并能充满全视场。地面测试设备和图像采集设备放到真空罐外，通过穿罐电缆连接。 针对长波红外谱段的响应特性，进行了针对长波焦面不同控温精度下对定标结果影响的验证、不同焦面温度下长波响应特性验证、电子学产品主备份对定标结果影响的验证、不同主体温度下长波定标响应特性验证以及同一工况下定标结果的重复性验证等研究和验证工作。 真空辐射定标试验依托某项目开展，真空辐射定标试验一般结合热平衡、热真空、真空成像等试验一起进行。真空辐射定标试验主要试验设备如 表2 表2 所示。黑体位于相机入光口前，不定标时可以通过一维平移台将黑体移到光路外，提高升降温速度，定标时再移入光路中。 序号 名称 型号 主要技术参数 功能 1 黑体 ECN100V20 黑体面尺寸： 500 mm×500 mm； 温度范围：110—425 K； 发射率：0.99±0.015 温度均匀性：0.25 ℃； 温度测量精度：0.01 ℃ 辐射定标源，模拟地物等效辐亮度 2 真空罐 KM-5 热沉温度：≤100 K； 热沉表面发射率：>0.9； 真空度：负载时优于1.3×10 -3 Pa 模拟在轨的真空低温环境 3.2　试验结果 2 3.2.1　长波焦面温度稳定性 3 在一次定标数据采集过程中，记录每个数据文件对应时刻的焦面温度值，从而得到一轨工作周期内焦面温度和输出DN值随时间变化的规律，并对定标数据的稳定性进行评价。 图3 图3 描述了在长波红外探测器在大冷量脉管制冷机提供的深低温精密闭环控温条件时，一轨工作周期内（约98 min）对11个不同温度黑体定标源进行定标数据采集过程中（1 h 37 min）红外探测器焦面温度变化情况。在1 h 37 min的定标数据采集过程中，长波焦面温度变化不大于9 mK，满足长波焦面控温要求，解决了长波探测器对焦面温度敏感问题。 下 图4 图4 为一轨实际成像时间27 min（定标2 min、对地成像2 min）里定标数据采集过程中焦面温度随时间的变化曲线，焦面温度变化范围小于9 mK。 与 图4 图4 对应，27 min内相机DN值随时间变化情况如 图5 图5 所示。 从 图4 图4 和 图5 图5 可知，对于11.4—12.5 μm谱段，在默认参数Z3下（具体参数见 表3 表3 ）的一轨定标数据采集过程中（含内定标、对地成像时间）焦面温度最大变化量不到9 mK，DN值绝对变化小于2，验证了焦面温度的稳定性。 参数谱段/μm 第1种组合Z1 第2种组合Z2 第3种组合Z3 第4种组合Z4 第5种组合Z5 B9：8.01—8.39 1.0 ms，00H 0.7 ms，00H 0.7 ms，01H 0.7 ms，02H 1.0 ms，04H B10：8.42—8.83 0.7 ms，00H 0.5 ms，00H 0.7 ms，02H 0.35 ms，00H 0.5 ms，02H B11：10.3—11.3 0.7 ms，04H 0.35 ms，02H 0.176 ms，00H 0.25 ms，02H 0.35 ms，04H B12：11.4—12.5 0.25 ms，00H 0.35 ms，02H 0.176 ms，00H 0.25 ms，02H 0.7 ms，07H 表3 表3 中Z1—Z5是5组成像参数（积分时间、增益）组合的代号，因为200—340 K的动态范围较大，只使用覆盖动态范围的一组参数，影响有些用户的使用，因此根据典型的5个温度上限设置5组成像参数，可根据用户需要和不同季节进行不同参数的选择。参数确定的原则是温度上限时接近80%饱和。 3.2.2　内定标黑体稳定性 3 通过对内定标黑体的数据采集可以得到内定标方程，进而建立与外定标黑体定标方程的转换关系，有必要通过监控内定标黑体在一轨定标数据采集过程中的变化评价其稳定性。高、低温黑体温度从加电到稳定的变化曲线如 图6 图6 所示。 图6 图6 中绿线代表高温黑体辐射罩控温曲线，紫色代表高温黑体温度遥测曲线，蓝色代表低温黑体温度遥测曲线，红色代表低温黑体辐射罩控温曲线。横坐标代表一轨的时间，从设置内定标黑体温度到温度稳定约为30 min，之后开始采集内黑体、外黑体图像数据。 3.2.3　相机系统输出稳定性 3 利用各工况下的稳定性测试数据进行分析，外定标黑体分别设置为270 K、300 K、320 K，间隔2 min采集一次数据，记为一个测点，共连续采集2 h（与每次定标数据采集时间相同），对2 h内DN值进行统计分析，得到其变化率，从而评价相机系统输出稳定性。 下 图7 图7 为外黑体300 K温度时长波谱段在默认参数下，红外焦面探测器采取精密闭环控温方式时在2 h内的DN值变化曲线。 因为在轨时每轨对地成像以及对内定标黑体成像的时间共计27 min，因此 表4 表4 给出外黑体300 K时长波不同谱段在默认参数下2 h及27 min的DN值的变化量。 谱段 默认参数 2 h内DN值最大变化量 27 min内DN值最大变化量 B9 Z3 2.1 2 B10 Z3 1.3 1.1 B11 Z3 1.8 1.7 B12 Z3 1.5 1.1 通过上述分析可知，定标数据采集的2 h和在轨实际成像时间27 min内，DN值变化量相对12 bit量化后满量程4096而言非常小，所以相机系统输出稳定性很好，对辐射定标数据的影响可以忽略不计。 3.2.4　外黑体绝对辐射定标方程 3 地面真空辐射定标时，利用计量过的黑体定标源、实测的相机各谱段光谱响应曲线作为等效辐亮度的输入，改变黑体温度获得不同黑体温度下的图像DN，通过多个等效辐亮度与黑体图像DN建立拟合方程，确定地面辐射定标方程。 通过处理相机主体温度18 ℃下采集的辐射定标相关数据得到长波每个谱段每个像元对应的定标方程，具体计算方法：根据最小二乘法拟合得出有效DN值与入瞳等效光谱辐亮度的如 式（1） 式（1） 的定标方程。 <math display="block" id="M1"><mi mathvariant="normal">D</mi><msub><mrow><mi mathvariant="normal">N</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">c</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mi>K</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">)</mo><msub><mrow><mi>L</mi></mrow><mrow><mi>e</mi></mrow></msub><mo>+</mo><mi>C</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">)</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=19641625&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=19641622&type= 35.56000137 4.57200003 式中， i 为像元序号，1—1536； K 为定标系数； C 为定标方程截距； L e 为入瞳等效光谱辐亮度（W/m 2 .sr.μm）。 图8 图8 — 图11 图11 为某项目相机长波各谱段在组合成像参数Z1、Z2、Z3、Z4、Z5下利用1536个像元平均DN值与各测点外定标黑体入瞳等效辐亮度拟合得出的定标曲线，通过定标曲线拟合的定标方程可以得到不同温度对应的等效辐亮度下的相机输出的DN值，从而建立起量化的输入输出对应关系。 通过上面的定标曲线可以看出，不同的积分时间和增益组合（ 表3 表3 的Z1—Z5）下定标曲线斜率（即辐射定标系数）存在显著差异，定标曲线斜率在Z1时最大、Z5时最小。这和积分时间与增益的乘积形成的综合增益表现为正相关，即综合增益越大、定标曲线斜率越大。B9—B12综合增益情况见 表5 表5 。 2 参数 4 谱段 B9 B10 B11 B12 Z1 5.33 3.731 1.4 1.3325 Z2 3.731 2.665 1.12 1.12 Z3 2.492 2.24 0.938 0.9381 Z4 2.24 1.8655 0.8 0.8 Z5 2 1.6 0.7 0.7 3.2.5　内外定标黑体转换系数 3 星上黑体位于成像光路中是半光路全视场成像，地面真空辐射定标是利用外黑体进行全光路全视场成像。内外定标黑体转换系数是指半光路与全光路成像数据获得的内外定标方程间的转换关系。 通过地面辐射定标试验获得的外黑体绝对辐射定标方程与内黑体绝对辐射定标方程，得出内外定标方程间的转换系数 R 1、 R 2，在轨利用星上内黑体获得内定标绝对定标方程，再利用内外定标方程转换系数 R 1、 R 2来建立在轨绝对辐射定标方程。 采用两点法得到内定标方程，具体计算公式为 <math display="block" id="M2"><mi mathvariant="normal">D</mi><mi mathvariant="normal">N</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mi>K</mi><mi mathvariant="normal">'</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>·</mo><msubsup><mrow><mi>L</mi></mrow><mrow><mi>e</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">'</mi></mrow></msubsup><mo>+</mo><mi>C</mi><mi mathvariant="normal">'</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">)</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=19641652&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=19641650&type= 36.99933624 4.91066647 具有内定标黑体的长波红外相机，在轨工作时内定标黑体的等效光谱辐亮度并不是相机入瞳处的等效光谱辐亮度，所以要建立内定标方程和外定标方程之间的转换关系，从而计算出与内定标黑体温度对应的入瞳等效光谱辐亮度。当各像元的内定标和外定标数据DN值相同时，根据 式（2） 式（2） 可建立如下转换关系： <math display="block" id="M3"><msub><mrow><mi>L</mi></mrow><mrow><mi>e</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>K</mi><mi mathvariant="normal">'</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mi>K</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mfrac><mo>·</mo><msubsup><mrow><mi>L</mi></mrow><mrow><mi>e</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">'</mi></mrow></msubsup><mo>+</mo><mfrac><mrow><mi>C</mi><mi mathvariant="normal">'</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>-</mo><mi>C</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mi>K</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mfrac></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=19641655&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=19641654&type= 43.85733414 8.55133343 <math display="block" id="M4"><mfenced open="{" close="" separators="|"><mrow><mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>R</mi><mn mathvariant="normal">1</mn><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>K</mi><mi mathvariant="normal">'</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mi>K</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mfrac></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>R</mi><mn mathvariant="normal">2</mn><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>C</mi><mi mathvariant="normal">'</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>-</mo><mi>C</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mi>K</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mfrac></mtd></mtr></mtable></mrow></mfenced></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=19641659&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=19641657&type= 28.95599937 19.64266586 按对应工况给出在Z3参数下各谱段内、外黑体定标方程和转换系数如 表6 表6 所示， 表6 表6 中 Kw 、 Cw 为外定标方程的定标系数和截距； Kn 、 Cn 为内定标方程的定标系数和截距。 Z3/μm Kw Cw Kn Cn R 1 R 2 8.01—8.39 187.06 268.719 207.857 96.731 1.11117823 -0.91942692 8.42—8.83 181.8809 307.5392 197.502 165.771 1.08588642 -0.77945623 10.3—11.3 153.6693 441.9847 167.456 311.892 1.08971668 -0.84657573 11.4—12.5 159.7935 571.7697 172.42 454.338 1.07901761 -0.7348966 3.2.6　辐射定标精度分析 3 某项目长波红外相机绝对定标精度分析结果见 表7 表7 ，经计算真空辐射定标的总不确定度为1.159%，即绝对辐射定标精度为0.8 K@300 K。 变量 误差源 参考值/% σ 1 外黑体温度标定不确定度 0.41 σ 2 外黑体温度均匀性 0.33 σ 3 外黑体发射率误差 0.2 σ 4 相机稳定性 0.14 σ 5 量化误差 0.05 σ 6 系统响应非线性 0.07 σ 7 相机相对光谱响应度 1.0 合成误差 1.159 4　结论 1 通过对长波红外相机辐射定标精度影响因素的分析，从改进星上定标方法、提高星上定标黑体控温精度、提升红外探测器性能、提高红外探测器焦面控温精度、优化真空辐射定标试验数据采集和处理方法等方面进行研究并采取措施，有效地提高了某项目长波红外相机辐射定标方程响应斜率（从GF-5 01星的优于45到GF-5 02星优于125），提高了相机系统输出稳定性（DN值波动从GF-5 01星成像时间内对300 K黑体成像的20—30 DN降至GF-5 02星的1—2 DN），提升了辐射定标精度（从GF-5 01星的1.0 K@300 K降至GF-5 02星的0.8 K@300 K），为长波红外空间光学遥感器温度反演精度提升奠定坚实基础。 辐射定标精度的提升是一项需要持续进行的工作，后续需继续降低长波红外探测器响应非均匀性、降低暗电流，提高红外探测器和长波红外相机的响应度（定标方程斜率）、提高长波红外相机辐射分辨率（NEΔT），持续改进长波红外相机性能，提高辐射定标精度，更好地服务于定量化应用。 参考文献（References） Cao L H , Zhang Y F and Yang C Y . 2007 . 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