走进高分辨遥感综合定标场丨观天测地
编者按：从古至今，人类从未停止过探索未知世界的脚步，认知世界的能力和手段与日俱增。中科院之声与中国科学院空天信息创新研究院联合开设“观天测地”专栏，为大家介绍天上地上探索的那些事儿，带来空天信息领域最新进展，普及科学知识。
遥感卫星是全球尺度快速探测地球最有效的手段，在大气探测、生态环境、气候变化、矿产资源等众多领域发挥着重要的作用。而对观测对象进行定量测量，是保证遥感卫星数据定量应用准确性的前提条件。
尽管卫星在发射前，已经对卫星遥感载荷进行了实验室定标，但由于空间环境及元器件老化等原因，遥感载荷性能存在退化现象，这就需要对遥感载荷再次进行在轨辐射定标，相当于给卫星观测这杆“秤”加上准星，而遥感野外定标场就是卫星观测的地面参照基准。
在距离北京600公里的包头，就有这样的一个遥感野外定标场。中国科学院空天信息创新研究院（原光电研究院）自“十一五”以来，在科技部国家863计划支持下，研建了国家高分辨遥感综合定标场（以下简称“包头场”），形成了遥感载荷综合定标与验证能力；在中科院国际合作局国际合作伙伴计划项目“全球遥感定标基准网”进一步的支持下，建成了具备国际标准的定标基础设施及科学试验平台。包头场作为全球自主辐射定标场网（RadCalNet）首批示范场之一，已正式开展自主辐射定标业务化运行，提供全球统一质量标准的定标服务。
定标场：常规化监测能力
在“十一五”863重点项目“无人机遥感载荷综合验证系统”牵引下，项目首席科学家李传荣、唐伶俐研究员团队论证建设遥感综合定标场，选址在距离包头市区约60公里的北方重工集团试验基地，该场地平坦开阔、气候干燥少雨，有沙地、草地、油葵等多类自然场景，安全且交通便利。
图1 国家高分辨遥感综合定标场
经过多年建设，包头场已成为航空航天共用遥感综合定标场，包括固定靶标、植被/沙地自然场景靶标、目标光谱特性自动观测系统等设施和设备。包头场地面固定人工靶标首次采用天然砾石建设，具有材料稳定性、垫层的透水性、抗压能力强等优点，并综合考虑了国内外卫星过境时最佳的测量角度、光谱区分度等因素，在确保地面基准稳定性的同时，提供动态范围内多点测量结果，有效提升了测量数据的准确性。针对以往场地定标人工同步测量方式费时费力，一般每年仅更新一次定标系数，难以准确校正在轨遥感载荷辐射性能退化的问题，团队研制了全天时地面真值采集技术系统，实现了在常态化运行条件下稳定、精准的地表反射、大气状态等影响辐射传输过程的地气参数关键要素测量， 开创性地实现了卫星每次过境均可定标。目前包头场集辐射/光谱/几何特性于一体，具有对10米及更高分辨率的航空航天载荷辐射定标、动态范围、响应线性度、光学载荷传递函数（MTF）、信噪比评价等多种在轨性能常态化监测能力。
图2 固定人工靶标
国际接轨：全球化定标
在全球化大背景下，空天遥感信息获取的一致性成为必然要求，包头场走了一条国际化、标准化的道路。
全球化定标就是在全球统一框架下的自主辐射定标，是国际卫星对地观测委员会（CEOS）于2014 年提出的国际化定标最新理念，即观测数据与处理自动化、设备野外长期无人值守、观测数据质量可溯源。研究团队经过无数个日夜的辛勤努力，克服了硬件系统与数据自动化处理系统面临的种种难题，包头场于同年成为了与美国railroad valley playa、法国la crau和欧空局定标场并列的CEOS全球自主辐射定标场网首批示范场；随后，刃边靶标入选全球MTF评价地面标准目标库、光学/微波复用靶标入选全球SAR载荷定标地面标准目标库。
在中科院国际伙伴关系计划“全球遥感定标基准网”项目支持下，包头场在定标基准溯源、国际化运行模式与标准化技术规范等方面与欧美空间机构接轨，建成了具备国际标准的定标基础设施及科学试验平台。随着2018年CEOS定标与验证工作组（WGCV）宣布全球自主辐射定标场网（RadCalNet）转入正式运行服务，预示着包头场正式提供国际统一框架下的全球化定标服务，中国在国际定标舞台上将发挥越来越重要的作用。
图３ 全球自动辐射定标场网首批示范场
图4 RadCalNet数据中心网站
开放共享：服务空天遥感信息定量化
包头场作为我国航空航天先进遥感载荷性能评测及业务化定标的重要基础设施，可为国内外用户提供载荷在轨定标服务，并为定量遥感科学试验提供条件保障。
空天信息创新研究院与欧空局（ESA）、美国航天局（NASA）、法国空间中心（CNES）合作构建了全球服务的数据中心，实现10纳米间隔、30分钟一次的全球统一质量标准的定标产品业务化生产，目前已有600家国际用户。包头场入选“2014年度中国遥感领域十大事件”，被科技部国家遥感中心授牌为“国家高分辨遥感综合定标场”，近年来为我国高分、资源、测绘、海洋、天绘、快舟、天仪小卫星等系列卫星提供了业务化运行的定标服务。由于包头定标场在国际上的声望，获得我国主流定标界的认可，被纳入国家空间基础设施重大专项和业务运行体系，将拓展为新型大气激光、激光测高、光学等新型载荷提供业务化运行定标服务。
包头场已成为我国参与国际定标科研工作技术合作和定标资源共享的重要平台，将为进一步提升我国在国际对地观测领域的影响力，促进全球信息资源共享、推动我国遥感数据产品进入国际市场等方面发挥重要作用。
来源：中国科学院空天信息创新研究院