Remote Sensing Technology and Application, Volume. 40, Issue 4, 835(2025)
Research Progress on On-orbit Calibration of Ultraviolet Hyperspectral Atmospheric Composition Satellite Sensors
Figures & Tables(9)
Fig. 1. Three kinds of high-resolution solar spectra at 200
Fig. 2. Flow chart of the wavelength calibration method based on fitting
Fig. 3. Flow chart of the calibration method based on radiative transfer model
Table 1.
Major parameters for atmospheric composition hyperspectral remote sensors in the ultraviolet band View tableView in ArticleTable 1.
Major parameters for atmospheric composition hyperspectral remote sensors in the ultraviolet band 仪器/平台 国家/机构 轨道 发射时间/年 波段范围/nm 光谱分辨率
/nm
空间分辨率/km2 幅宽
/km
定标观测 UVN
Sentinel-4
欧洲
ESA
高轨 预计2025 305~400
400~500
755~775
0.5
0.5
0.2
8 × 8 -- 太阳观测
白光灯定标
LED灯定标
UVNS
Sentinel-5
欧洲
ESA
低轨 预计2025 270~300
300~337
370~500
685~710
750~775
1 590~1 675
2 305~2 385
1.0
0.5
0.5
0.4
0.4
0.25
0.25
7 × 28
7 × 7
7 × 7
7 × 7
7 × 7
7 × 7
7 × 7
-- 太阳观测
白光灯定标
LED灯定标
OMS-N
FY-3F
中国
CMA
低轨 2023 250~300
300~320
310~493
0.5
0.5
0.5
21 × 28
7 × 7
7 × 7
2 900 太阳观测
白光灯定标
OMS-L
FY-3F
中国
CMA
低轨 2023 290~500 0.6 100（水平）
3（垂直）
-- 太阳观测
白光灯定标
标准谱线灯
TEMPO 美国
NASA
高轨 2023 290~490
540~740
0.57
0.2
2×4.5 -- 太阳观测
白光灯定标
LED灯定标
EMI
GF-5/
GF-5B/
DQ-1
中国
CNSA
低轨 2018
2021
2022
240~315
311~403
401~600
590~790
0.3
0.3
0.5
0.5
13×48
13×37
13×37
13×37
2 600 太阳观测
白光灯定标
GEMS 韩国
ME(NIER)
高轨 2020 300~500 0.6 7 × 8 -- 太阳观测
白光灯定标
LED灯定标
GOME-2
Metop-A/
Metop-B/
Metop-C
欧洲
ESA
低轨 2006
2012
2018
240~314
310~403
397~604
593~790
0.26
0.27
0.51
0.48
(Metop A)
80 × 40
(Metop B/C)
40 × 40
1 920 太阳观测
白光灯定标
LED灯定标
标准谱线灯
TROPOMI
Sentinel-5p
欧洲
ESA
低轨 2017 267~300
300~332
305~400
400~499
661~725
725~786
2 300~2 343
2 343~2 389
0.50
0.50
0.65
0.65
0.45
0.45
0.227
0.225
5.5 × 28
3.5 × 5.5
3.5 × 5.5
3.5 × 5.5
3.5 × 5.5
3.5 × 5.5
7 × 5.5
7 × 5.5
2 600 太阳观测
白光灯定标
LED灯定标
OMPS-nadir
SNPP/
NOAA-20/
NOAA-21
美国
NOAA
低轨 2011
2017
2022
250~310
300~380
1
1
(SNPP/NOAA-20)
50
250
(NOAA-21)
10
250
2 800 太阳观测
LED灯定标
OMPS-limb
SNPP/
NOAA-21
美国
NOAA
低轨 2011
2022
290~1 000 0.75~25 2.2 (垂直)
300（水平）
500 太阳观测 OMI
Aura
美国
NASA
低轨 2004 270~310
310~365
365~500
0.42
0.45
0.63
36 × 48
13 × 24
13 × 24
2 600 太阳观测
白光灯定标
LED灯定标
Table 2.
Major gases and spectral range based on hyperspectral remote sensors in the ultraviolet band View tableView in ArticleTable 2.
Major gases and spectral range based on hyperspectral remote sensors in the ultraviolet band 探测目标 光谱范围/nm O3廓线 270 ~ 320 SO2 312.5 ~ 327.0 O3 326.6 ~334.5 BrO 336.0 ~ 347.0 HCHO 337.0 ~ 353.0 吸收性气溶胶指数 340/380
335/367
NO2 425.0 ~ 450.0 云 460 ~ 490
756 ~773
Table 3.
Calibration observation modes of typical hyperspectral remote sensors in the ultraviolet band View tableView in ArticleTable 3.
Calibration observation modes of typical hyperspectral remote sensors in the ultraviolet band 定标方式 TROPOMI OMI GOME-2 OMS-N 太阳定标 光谱定标、辐射定标 工作漫射板(石英)/天
参考漫射板(石英)/周
工作漫射板(石英)/天
参考漫射板(铝)/周
备用漫射板(铝)/月
工作漫射板(石英)/天 工作漫射板(石英)/月
参考漫射板(石英)/6月
月球定标 辐射定标、仪器状态监测。 -- -- 满足几何条件择机观测，一年可以观测几次。 -- 暗背景 每轨一次，用于辐射定标、仪器状态监测。 白光灯 辐射定标、响应非均匀性订正、仪器状态分析监测。 LED灯 响应非均匀性订正、非线性订正、探测器性能监测。 -- 谱线灯 -- -- 光谱定标
Table 4.
The parameters for typical solar reference spectrum View tableView in ArticleTable 4.
The parameters for typical solar reference spectrum 参考光谱 SAO 2010 Kurucz 2010 TSIS-1 HSRS 谱段范围/nm 200.07~1000.99 300~1000 202~2730 光谱分辨率/nm 0.04 0.001 0.01~0.001 光谱采样步长/nm 0.01 0.000 33 0.001 辐射精度 5% 5% 0.3% @ 460~2 365 nm 1.3% 其他 参考来源 Chance and Kurucz (2010) Chance and Kurucz (2010) Coddington等2021
Table 5.
Summary of on-orbit spectral calibration references， methods and accuracy for given typical hyperspectral remote sensors in the ultraviolet band View tableView in ArticleTable 5.
Summary of on-orbit spectral calibration references， methods and accuracy for given typical hyperspectral remote sensors in the ultraviolet band TROPOMI OMI GOME-2 光谱定标参考源 太阳光谱 太阳光谱 太阳光谱
标准谱线灯
波长定标 基于在轨太阳观测，采用窗区拟合的光谱定标算法，订正星上波长漂移，实现星上波长定标。 光谱响应函数 - - 根据仪器在谱线灯光源条件下的探测器实际响应，拟合在轨光谱响应函数，分析光谱响应函数的在轨变化。 光谱分辨率 - - 根据谱线灯光源条件下获得的在轨光谱响应函数，计算仪器光谱分辨率，监测仪器光谱分辨率在轨变化。 波长定标精度 0.02~0.04 nm -0.01~0.01 nm -0.02~0.01 nm
Table 6.
Summary of on-orbit radiometric calibration references， methods and accuracy for given typical hyperspectral remote sensors in the ultraviolet band View tableView in ArticleTable 6.
Summary of on-orbit radiometric calibration references， methods and accuracy for given typical hyperspectral remote sensors in the ultraviolet band TROPOMI OMI GOME-2 辐射定标精度 2% 3%~4% 1.6%~2.4% 辐射定标参考源 理论太阳光谱
同类遥感仪器观测
辐射传输模式
辐照度定标 基于在轨太阳观测，结合仪器光谱响应函数，根据计算的理论太阳观测和实际卫星观测进行在轨辐照度定标。 辐亮度定标 通过SNO交叉定标方法，针对匹配像元，对同类仪器重叠谱段的辐亮度进行辐射定标。 反射率定标 基于辐射传输模式，采用模式计算的理论观测反射率作为参考基准，结合在轨实际观测，对反射率光谱进行在轨定标和验证。但由于臭氧的强烈吸收，这种方法在325 nm以下的紫外波段不确定性较大。
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Qian WANG, Peng ZHANG, Na XU, Lin CHEN, Yanmeng BI, Ronghua WU, Jianguo LIU, Fuqi SI. Research Progress on On-orbit Calibration of Ultraviolet Hyperspectral Atmospheric Composition Satellite Sensors[J]. Remote Sensing Technology and Application, 2025, 40(4): 835
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Category:
Received: Jan. 3, 2025
Accepted: --
Published Online: Aug. 26, 2025
The Author Email: Peng ZHANG (zhangp@cma.gov.cn)
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