GF4的Radiometric Calibration（高分4号的辐射定标）

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Introduction

高分4号是一颗我国国产卫星，其数据从中国资源卫星应用中心获得。目前仅能获取L1A级别数据，这意味着我们需要自己处理（大气校正等）以获取L2级别数据。我用ENVI打开GF4数据，观察其光谱，其显示的为DN值，我们需要自行Radiometric Calibration（辐射定标）才能得到Radiance（辐亮度）信息。

Data and Method

高分4数据做辐射定标的第一步，确定辐射定标公式。

定标公式：L=Gain*DN+Bias

（来源于《2020年国产陆地观测卫星外场绝对辐射定标系数》，由中国资源卫星应用中心发布，好难找啊藏得很隐蔽。）

定标公式里的定标系数gain从表中获得，bias一般为0。

（若使用2019年的卫星数据，就用对应的年份——2019年的辐射定标系数）

请注意只公布了GF4 PMS传感器的，并未公布GF4 IRS传感器的定标系数
（我不清楚IRS的定标系数的相关资讯，欢迎大家补充）

GF4 PMS传感器包含的就是上图中可见光近红外部分，共5个谱段，IRS传感器则是中波红外的，仅1个谱段。

《2020年国产陆地观测卫星外场绝对辐射定标系数》中GF4_PMS 8,30,20,30,30。这个 8,30,20,30,30代表Integration time（积分时间）。

Q1: 如何确定自己的数据的积分时间？
A1: 打开文件夹中的xml头文件，寻找Integration time，如图：

最后一行看到了吧，Integration time是6,30,20,30,30。

Q2: 为何表中没有对应的GF4_PMS 6,30,20,30,30辐射定标系数相关数据？
A2: 不一样的模式特别多，积分时间比较多，找个总体最接近的就可以。故选取5个值有4个值都相同的GF4_PMS 8,30,20,30,30数据。

Q3: GF4数据自带的xml头文件里，Integration time的上面2行显示了gain和bias数据，和《2020年国产陆地观测卫星外场绝对辐射定标系数》给出的数据不一致？使用哪个？
A3: xml头文件里的gain和bias数据可能是卫星方给的数，或者是地面系统给的数。辐射定标使用《2020年国产陆地观测卫星外场绝对辐射定标系数》的。（我尝试用xml头文件里的数据定标，误差很大！）

Q4: 为什么不公布太阳辐照度的数据？
A4: 太阳辐照度是由卫星研制方公布。

Q5: 如果我遇到数值为2-12-12-12-12的积分时间组合怎么办？（该问题与解答于2022-8-19补充）
A5: 首先明白一点，定标系数是怎么产生的？是官方调好了积分时间的组合后，做实验一一测定的。资源卫星应用中心的官网中给出GF-4 PMS传感器的定标系数共对应5种积分时间的组合，这5种是最常见的积分时间组合，基本上可涵盖（或近似）大部分GF-4 PMS传感器积分时间的组合，故我在Q2中说，在差不多的前提下，找个总体最接近的就可以。那为什么明明存在不一样的模式——比如有6,30,20,30,30这个组合——却不做实验精确测定而是找接近的呢？因为不一样的模式太多了，千奇百怪真的测不过来，通常选个接近的得到的结果也是差不多的。有个网友（同济大学王同学）说他遇到的积分时间是2-12-12-12-12，这个积分时间组合过于特殊，无法在表中找出近似的积分时间对应的系数，强行5选1的话会导致定标误差，故不推荐5选1（当然如果后续新出了接近2-12-12-12-12时间组合的定标系数那还是可以找接近），那怎么办？那只能拟合曲线（此方案来自于同济大学王同学，十分感谢，具体见下述拟合曲线模块），拟合曲线能在一定程度上解决这个问题，是除了官方测定2-12-12-12-12系数之外较妥帖的方案，定标误差大概率会降低，但是无法保证一定降低，因为每个特定波段的某个积分时间和定标系数的关系并非一定是拟合曲线的关系（那积分时间和定标系数的关系是怎么样的呢，我不知道，我不搞这块，我也没实验仪器，想知道答案可以去搜文章/致电专业人士/自己动手实验…），总之，拟合曲线方案是一个未经验证且无充分理论依据的方案，它的意义是在现有简陋的条件下得到一个最可能准确的结果。

拟合曲线
（此方案来自于同济大学王同学，掌声献给他）（该部分于2022-8-19补充）

如图，遇到了2-12-12-12-12，整理《2020年国产陆地观测卫星外场绝对辐射定标系数》的数据得到下表：

拟合方案：
不按照特定的组合去取系数，而是每个波段按照积分时间各自去取系数。
比如2-12-12-12-12这个，全色波段取2对应的系数0.5061，B2波段取第二行的系数0.3641，
其他波段积分时间为12，没有对应的系数，则建立一个标准曲线（积分时间和定标系数），
然后利用这个标准曲线来求积分时间为12时的定标系数。
标准曲线如下图：

Q6: 遇到积分时间为6.30.20.30.30的问题，尝试了本文中的办法通过积分时间确定定标系数，但得到的反射率值明显偏高，这种情况有办法改善吗？（此问题来源于评论区，该问题与解答于2022-8-19补充）
A6: 在遇到积分时间为6.30.20.30.30的时候，按照《2020年国产陆地观测卫星外场绝对辐射定标系数》选取GF4_PMS 8,30,20,30,30数据定标，得到了辐亮度，此时的辐亮度是卫星入瞳处的辐亮度，这个入瞳处的辐亮度还要经过大气校正等过程才能得到遥感反射率，所以你遥感反射率数值高，或许在数据处理过程中有其他因素的干扰，建议排查。如果对比了国际上常用的一些卫星对应时间对应地域的入瞳处的辐亮度，发现自己做的卫星入瞳处的辐亮度数值明显偏高而导致的反射率明显偏高，那改善办法是：拟合，找出关系调整一下数据，使其基本匹配；或者不管这些步骤直接调整遥感反射率。看你把研究重点放在哪方面，再采取不同的改善办法。

Acknowledgments

真挚地感谢中国资源卫星应用中心的相关人员；
与我一起探讨的CSDN友人@YuanYWRS；
因此文结识而互帮互助多次的同济大学王同学；
也特别感谢我导师平日里对我的关爱与指点。

Author Contributions:

本人QQ:723720261，欢迎共同探讨相关问题！
其实每个卫星都有自身无法避免的缺陷，但事物是在不断发展的进程中的，十分期待GF4的未来~