卫星发射上天后,为及时监测卫星在轨状态、分析评价遥感器获得的数据质量,需要在定标场多次开展星地同步观测,对遥感器进行真实性检验和各种模型的正确性检验。定标场作为一个标准信号源,为遥感卫星提供一组已知真值数据。这组真值数据的质量与空间分布特性直接决定着遥感器定标的精度。
国际上对场地定标方法研究最深入、开展场地试验最长的是美国亚利桑那(Arizona)大学。他们于1987年在美国白沙(White Sands)建立了国际上第一个辐射定标场;法国于1990年左右在拉克罗(La Crau)建立了针对SPOT卫星的辐射校正场。此外,美国先后又建成了雷尔罗德河谷普拉亚(Railroad Valley Playa)、罗杰斯湖(Rogers Dry Lake)和艾文帕盐湖(Ivanpah Playa)等多个实验场;澳大利亚建成了廷加廷加纳(Tinga Tingana)、弗罗姆湖(Lake Frome)等试验场。
中国的试验场于20世纪末开始建设,已建成敦煌、青海湖、嵩山、包头和思茅等多个试验场,可针对高、中、低不同空间分辨率的光学和微波卫星的在轨辐射和几何定标。其中,敦煌辐射校正场可用于太阳反射谱段卫星的辐射定标;青海湖可用于红外波段卫星的辐射定标;嵩山定标场可用于高空间分辨率卫星的几何定标;包头定标场可用于高分辨率卫星的辐射定标;思茅定标场用于微波卫星的辐射定标。
根据定标场作用,分为辐射定标场和几何定标场。辐射定标场用于评价遥感器辐射响应特性,获取在轨遥感器的辐射定标系数。几何定标场用于遥感器几何特性、空间分辨率等参数进行在轨测量。
根据定标场设施,分为人工定标场和自然定标场两类。人工定标场设置了大量人工目标,主要用于高空间分辨率卫星的辐射和几何定标。自然定标场以自然地物为主,主要用于高、中、低分辨率卫星的辐射定标。
根据遥感器波谱类型,定标场分为太阳反射谱段定标场、热红外定标场和微波定标场。太阳反射谱段定标场用于对反射光谱遥感器进行定标,场地类型由沙漠、戈壁、盐湖及人工定标场。热红外定标场用于对热红外遥感器进行定标,场地主要是大面积清洁湖泊,针对高分辨率热红外遥感器可采用热红外光源。微波定标场主要利用角反射器、大范围均匀场地实现在轨定标。
辐射定标场基本要求是能为卫星遥感器提供稳定的、高精度的入瞳辐亮度数值场,这就需要:①中高反射率。定标场目标的反射率与遥感器动态范围相适应,一般不低于0.2,以减少观测数值范围带来的不确定度影响。②地表特性稳定性好。试验场内地物波谱特性随时间变化小,且季节性变化较小。试验场最好有足够大的实验区和扩展区,以满足不同分辨率卫星定标的需求,并有适当大小的扩展区。通常要求试验场无植被覆盖,例如沙漠、戈壁等。③空间均一性好,大面积且平坦,且场区波谱曲线平滑,没有明显的波峰和波谷。可以满足不同空间分辨率卫星定标的需要,减少配准不佳的影响。简单的双向反射特性,减少地表双向效应的不确定性,消除阴影问题。④大气干洁、稳定,能见度好,气溶胶、水汽含量低,不同季节的含量比较稳定,无云、晴朗天气多,可观测时间长,减小由于降雨等天气原因引起的地表变化。另一方面,干旱地区晴天数多,可以有更多的定标频次。⑤试验区附近有较好的交通、通信、安全、生活和工作条件。试验场区附近有很好的气象台,气象、环境常规观测资料比较齐全,易于收集,能满足野外试验工作及生活条件。场区远离城市和工业区,基本无污染,对试验场的破坏少。
几何定标场基本要求是能为遥感器提供稳定的、高精度的几何数值场,这就要求:①高精度控制点与控制特征的空间分布均匀性及大面积,可以满足不同空间分辨率卫星定标的需要。②大气干洁、稳定,能见度好,气溶胶含量低,不同季节的气溶胶含量比较稳定,无云、晴朗天气多,可观测时间长。③试验区附近有较好的交通、通信、安全、生活和工作条件。试验场区附近有很好的气象台,气象、环境常规观测资料比较齐全,易于收集,能满足野外试验工作及生活条件。④场区远离城市和工业区,基本无污染,对试验场的破坏少。