准确的遥感载荷定标是生产优质遥感数据质量的基本保障前提之一，对于定量遥感应用和提升卫星任务价值至关重要。光学遥感载荷定标涉及对载荷辐射、光谱、几何等多方面特性的标定，但是对载荷的综合定标只有在实验室借助大量专用测试仪器设备才能实现，而在载荷在轨运行的大部分时间里，能够比较准确地进行长期跟踪标定的主要是辐射性能。在没有特别指明的情况下，光学遥感载荷定标通常指的是光学遥感载荷的辐射定标，其目标是通过测试或比对建立光学遥感载荷的数字量化输出值与对应视场中观测辐射亮度值之间的定量关系（表征此函数关系的具体参数称为定标系数）。

光学遥感载荷辐射定标是光学遥感数据定量化应用的前提和基础，没有高精度的定标，同一颗卫星不同时间获取的遥感数据不能相互比较，不同卫星遥感载荷获取的数据更是无法相互比较。为了实现卫星遥感数据的长期定量化应用，需要通过遥感载荷全生命周期的辐射定标对载荷辐射响应性能进行评估与跟踪。按载荷生命周期大的阶段来划分，光学遥感载荷定标工作包括发射前定标和发射后定标。

在状态精确已知的地面可控环境中对遥感载荷进行测试，用以校验载荷工作能否正常，量化定标方程和载荷辐射模型参数。发射前定标能够给出遥感载荷性能轻微偏差的信息，有助于发射前解决问题，不然入轨后测试载荷异常行为和实施性能校正的可能性通常都会受到限制，且费用昂贵；发射前定标能够对载荷性能做全方位的测试，其中有些测试工作是发射后定标时难以实施的；此外发射前定标获得的结果可以作为发射后定标时的先验知识和参考基线。发射前定标主要是在实验室中进行，有条件的情况下还可以利用外场对载荷样机进行航空飞行测试。

在实验室中利用特性已知的定标设备对遥感载荷进行发射前辐射定标。实验室定标没有严格的实验耗时限制，可以分别使用各种功能的定标源对载荷进行测试，以便尽可能详细地掌握载荷各个方面的性能。这些定标源可以是光谱源（如气体放电灯、单色仪、可调谐激光器、傅里叶变换光谱仪）、空间源（如明暗相间条形目标、点源目标、点源阵列）、响应线性度源（覆盖载荷动态范围的多个辐射源或者拥有多个能级的辐射源）、辐亮度源（如积分球、朗伯板、黑体腔）、辐照度源（如平行光管）、随时间变化的源、模仿自然场景的源等。实验室定标最好应该在模拟太空环境下进行，因此需要配备热真空测试箱之类的专门设备。

在空间环境中利用星上定标设备或其他特征稳定的天然或人工目标对遥感载荷进行在轨测试，用以评估和修订定标方程参数。卫星发射时的机械振动、太空温压条件、高能辐射环境和污染、载荷自身元器件老化等因素都有可能造成载荷辐射响应性能的改变，仅靠发射前测得的辐射定标数据，无法真实反映遥感载荷的在轨状态，这就需要执行发射后定标，它直接关系到卫星数据产品的实际精度。发射后定标根据定标源不同有星上定标灯定标、星上太阳定标、星上黑体定标、在轨场地定标、月球定标、恒星定标、交叉定标等多种方式。

通过卫星上搭载的经过发射前准确标定的发光光源对遥感载荷进行定期的辐射定标，一般用于太阳反射谱段。定标灯定标方式具有高效率、高频次的优点。最常用的定标灯是卤素灯，具有光谱丰富、色温稳定的特点，但它属于热光源，存在功耗大、大量开合后容易损坏的缺点。发光二极管光源以其寿命长、功耗低、体积小、稳定性高的优点正逐步成为星上定标灯的一个新选项。定标灯定标是早期卫星载荷使用比较多的一种星上辐射定标方式，但易受到定标灯光谱辐射有别于太阳光谱、空间环境下定标灯性能衰减较快等多种因素的限制。

通过太阳定标器引入太阳光对遥感载荷进行定期的辐射定标，一般用于太阳反射谱段。太阳的辐亮度是一个相对恒定的值，所以太阳适合作为星上定标的基准光源。太阳定标器是星上太阳定标的核心部件。聚四氟乙烯漫反射板具有接近于1的高反射率、接近理想的朗伯特性以及在空间环境中的高稳定性，因此成为非常实用的太阳定标器。“太阳+漫反射板”的定标方式能够解决全孔径全光路和光谱分布差异的问题，已成功应用于增强型专题制图仪（ETM+）、中分辨率成像光谱仪（MODIS）、中等分辨率成像光谱仪（MERIS）、海洋观测宽视场传感器（SeaWiFS）、先进星载热发射与反射辐射计（ASTER）、可见近红外成像辐射计（VIIRS）、多角度成像光谱辐射计（MISR）等遥感载荷的星上辐射定标。

星上太阳定标在设计时应注意一些重要事项：太阳定标器输出的辐亮度应与地面场景辐亮度相匹配，保证定标工作点处于遥感载荷响应的动态范围之内；为减小大气和地面场景辐射漏射进定标器视场造成的影响，太阳定标的最好时机应是卫星刚飞出地球阴影区但星下点大气和地面仍处于阴影之中时；为了应对太阳漫反射板受太空环境影响而发生的性能衰减，可以采用漫反射板稳定性监测辐射计跟踪其长期在轨稳定性，确保星上定标的不确定度保持在较优的水平（采用这种策略的MODIS星上定标在太阳反射谱段的不确定度优于2%）。

通过选择满足一定要求的地面场地作为定标源（地面定标场）对遥感载荷进行定期或不定期的辐射定标，用于太阳反射谱段和热发射谱段。在选择地面定标场时一般要求：场地平坦宽阔、地物类型简单、同一类型地物性质均一、光谱特性随时间变化小且适合载荷动态范围；大气干洁、稳定，能见度好，气溶胶含量低，无云、晴朗天气多。定标测量（地面特性测量、大气参数测量）需要与卫星过境观测同步或准同步，然后通过辐射传输模型模拟推算出星上入瞳辐亮度，再与载荷观测计数值建立相关关系求取定标系数。在卫星遥感发展早期星上定标设备普遍匮乏，场地定标成为测定发射后载荷辐射特性的主导方法；随着星上定标设备的发展和定标策略的多样化，场地定标依然可以作为一种成熟的技术手段与星上定标等其他方法相互印证。

出于场地定标的需要，自20世纪80年代起全球主要空间技术国家纷纷建立了众多的辐射定标场，例如美国新墨西哥州的白沙场、法国马塞市的拉克罗场、利比亚沙漠场、阿尔及利亚沙漠场等，中国也建立了敦煌戈壁辐射校正场、青海湖辐射校正场、国家高分辨率遥感综合定标场（包头场）等用于光学遥感载荷在轨定标。考虑到组织场地定标实验需要耗费大量人力物力且会受到当地天气状况限制，采用无人值守仪器观测地表参数和大气参数的自动化辐射定标策略正日益受到重视，国际对地观测卫星委员会（CEOS）也为此专门成立了自动辐射定标场网

（RadCalNet）来推进全球联网的高频次卫星载荷场地定标服务。

通过寻找机会捕获月球图像来对遥感载荷进行辐射定标，一般用于太阳反射谱段。在太阳反射谱段月球的反射率非常稳定，因此是一个很有吸引力的卫星在轨定标源。月球定标同时还有几个显著优点：月球没有大气故而排除了定标时的大气干扰；月球的亮度相对于对地观测载荷来说比较适中，卫星载荷可以直接观测月球而不用考虑响应饱和问题；月球绕地球有规律地公转使得拥有观月能力的卫星载荷能够周期性地捕捉到月球图像，进而实现载荷辐射响应变化趋势的长期跟踪。月球定标在实施中的困难主要有：①载荷观测到的月球亮度强烈依赖于太阳-月球-卫星之间的观测几何和月相角，因此一个准确而完善的月球辐照度参考模型对于月球定标至关重要。美国地质调查局开发的自动月球观测模型是国际上一个经典的参考模型。②一般在做月球定标时需要得到月球圆盘的完整图像，这涉及多时相月面观测像元的有效累加方式。对月观测有效数据的获取要求载荷具有冷空间视场角或者机动侧视能力，一定程度上限制了月球定标的适用性；另外，目前月球定标技术也难以实现对卫星载荷的全孔径定标。不过作为一种独立的新型定标方式，月球定标仍然有望在载荷的辐射响应稳定性跟踪方面发挥重要作用。

通过选择具有较高辐射测量精度和稳定性的遥感载荷作为辐射量值参考源，对待定标遥感载荷进行定期或不定期的辐射定标。交叉定标要求两个载荷的光谱范围相互匹配但并不限定谱段，也不需要待定标载荷配备星上定标设备，投入低、可实施性好，因此交叉定标在各国卫星遥感载荷的在轨定标中得到了广泛应用。同时星下点过境（SNO）的交叉定标能够最大程度地避免观测区域地物和大气的时间变化对定标精度的影响；基于特征稳定场地或深对流云的交叉定标则能在一定程度上放宽两卫星过境时间的限制从而增加施行交叉定标的频次。参考载荷图像与待定标载荷图像之间的时间匹配、空间匹配、光谱匹配和角度补偿、尺度转换是交叉定标中的关键问题，而参考载荷的辐射测量精度和稳定性则是交叉定标可靠性的根本保障。以高精度、高稳定性、高光谱卫星载荷为基准，利用交叉定标方法能够对其他卫星载荷的辐射定标参数进行跟踪、校验和修订，从而提升全球卫星遥感产品的一致性和可靠性。

光学遥感载荷定标一般尽量追求全孔径、全视场、全光路的定标效果，但不同的定标方式和定标系统配置会有不同的侧重点。卫星载荷在设计之初就应该考虑并制订完整的全生命周期定标计划，以便指导发射前定标与发射后定标工作的有序开展。

除了根据载荷自身特性量身定制最优定标方式之外，对于定标过程中相关要素不确定度的准确评估以及对于定标测量溯源性的考量，也在遥感载荷定标工作中日渐受到关注。空间辐射测量基准卫星的研制将大幅提高光学遥感载荷定标向国际单位制（SI）的溯源能力，从而增强地区或全球性卫星遥感数据的辐射一致性和可交互性。中国各种卫星载荷获取的遥感数据量已经达到国际前列，但辐射定标技术能力一直是制约卫星数据规模化、业务化应用的技术瓶颈，使得中国遥感定量化应用水平和国际先进水平相比还存在较大差距，这一问题近年已得到业界高度重视，一系列空间计划对于定标工作的推崇将为中国遥感载荷定标技术的飞跃带来契机。