地物光谱仪校准规程

地物光谱仪校准的核心逻辑与实操规程

在遥感地表真实性检验、精确农业监测以及矿产勘探等领域，地物光谱仪是获取地面验证数据的核心设备。由于光学器件的老化、环境温度变化以及运输过程中的机械震动，仪器的光谱响应特性会发生漂移。为了确保测量数据的定量化精度，建立一套严谨的校准规程是科研与检测从业者的必要功课。

光谱波长校准：精确性的基石

波长校准的目的是确定探测器像元序号与物理波长之间的映射关系。在实验室环境下，通常采用特征谱线明显的低压气体放电灯（如汞灯、氩灯、氖灯）作为标准光源。

对于覆盖可见光至短波红外（350nm-2500nm）的地物光谱仪，校准过程需识别不少于10个特征峰值。通过多项式拟合方式，将像素位置转换为纳米单位。在野外环境下，若缺乏标准光源，可利用大气吸收特征（如760nm附近的氧气吸收带或940nm、1130nm处的水汽吸收峰）进行定标检查。

辐射定标：从数字量化到物理量

辐射定标分为定标和相对定标。定标建立了仪器输出的数字量（DN值）与目标辐亮度（$W \cdot m^{-2} \cdot sr^{-1} \cdot nm^{-1}$）之间的转换系数。

1. 标准光源溯源：使用经过NIST（美国国家标准与技术研究院）或同等机构溯源的标准灯（如1000W溴钨灯）。
2. 积分球系统：标准灯光线进入积分球充分漫反射，形成均匀的光学出口，仪器镜头对准出口进行采样。
3. 传递系数计算：通过比对仪器读数与标准光源的已知辐亮度曲线，生成每个波段的定标因子。

关键技术指标要求

在执行校准规程时，以下技术参数是评价地物光谱仪性能状态的核心指标：

实验室定标与野外验证的衔接

地物光谱仪的实战价值在于反射率的计算。在实际作业中，即便实验室定标数据再，环境光的剧烈变化也会引入误差。

参考板（Reference Panel）的管理： 标准参考板（如Spectralon聚四氟乙烯板）具有接近1的朗伯体特性。校准规程要求参考板必须定期清洁并在实验室测量其双向反射分布函数（BRDF）。在野外操作中，建议每隔10-15分钟或在云量发生微小变化时重新采集参考板数据，以消除太阳高度角和大气透明度变化带来的增益误差。

暗电流（Dark Current）补偿： 高性能地物光谱仪在每次测量前应自动或手动闭合快门采集暗电流。暗电流随探测器温度升高而增大，特别是在短波红外（SWIR）波段，温控TEC（热电制冷）的状态直接决定了数据的信噪比。

维护与数据质量控制

除了定期的量值溯源，从业者需关注光纤跳线的物理状态。光纤弯曲半径过小会导致数值孔径改变，进而影响光谱透过率。建议在校准记录中增加一项“光纤完整性检查”，通过观察标准光源下的光谱曲线平滑度来判定光纤是否折断。

通过上述规程的实施，地物光谱仪采集的数据方可具备跨平台、跨时间的对比价值，为后续的遥感反演和理化参数建模提供可靠的底层支撑。