一种简单的地物光谱仪定标:Ⅰ理论分析

　　引言

　　传感器定标是遥感信息定量化的前提，遥感数据的可靠性及应用的深度和广度在很大程度上取决于传感器的定标精度。如今，地物光谱仪在定量化遥感中得到了广泛的应用:地物光谱仪测量大气气溶胶光学厚度〔1〕;研究大气水汽对太阳辐射的吸收[2];对农作物生长状况监测[3]f验证卫星遥感器的定量化产品。这就使得地面光谱仪的定标显得尤为重要。

　　一般地，仪器在出厂使用前都经过了严格的实验室定标，但是长时间地使用仪器，使得原件老化，仪器灵敏度发生改变，因此定期标定仪器也是非常必要的。国内研究者使用的地物光谱仪大多是国外的仪器产品，定期将仪器拿到国外厂家去定标耗时太长、费用太高。国内的仪器使用者多数根据Langley - Plot法[[4-5]，选择将仪器拿到我国的青藏高原(大气较稀薄、成份较简单且时空变化不大)等地通过测量进行定标。

　　修鹏等也尝试着在海洋上对仪器进行定标，因为海洋上空的大气有时同样也可以满足上面所述的大气状况的要求而且比较经济实用[6]。但这种定标方法对测量时的天气状况要求比较严格，一般在大气光学厚度比较小，大气状况比较稳定的情况下，对地物光谱仪的标定才有理想的结果。但这种条件不容易满足。本文在太阳辐射衰减理论的基础上，针对一般大气环境，提出了一种简单的定标方法。

　　2仪器介绍

　　我们采用的是美国分析光谱设备(ASD)公司生产的FieldSpec Pro地物光谱仪。该仪器具有较高的抽样间隔和光谱分辨率，采样速度快，操作简单，存储容量大等特点。该仪器通过软硬件自动为每个测量光谱实现暗光谱更新，其主要技术指标见表1.

　　3定标方法

　　我们记日地平均距离大气上界波长为a处太阳光谱辐照度为Eo ( λ )，通过大气到达地面的太阳直射光谱辐照度为E(λ), τ(λ)为大气总光学厚度，m为大气质量数，c为测量时刻的日地距离，根据朗伯一比尔定律:

　　对(1)式两边取对数，得

　　地物光谱仪测的得电压正比与人射的太阳辐射，设V(λ)为地物光谱仪的实测数值，Vo(λ)为地物光谱仪对应于Eo(λ)的测量值，则有:

　　由式(3)可知:大气状况稳定，即T+)不变的情况下，m和In[V(λ)/c〕成线性关系。只要测得两个不同时刻的太阳直接辐射即可对仪器进行标定，实际为减小误差，对测得的V(λ)和大气质量数m，做m-In[V(λ)/c]图，直线在Y轴的截距即为In[vo (λ)]。据此，可以对仪器进行定标。