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光学卫星遥感器数据的定量化水平直接影响着其应用潜力和运行效益。辐射定标是遥感数据获取与信息应用的桥梁，光学遥感器在轨星上定标技术在遥感器辐射定标中有着不可替代的作用，也是遥感器研发阶段必须考虑的问题。我国星上定标技术及其关键器件的研制与航天应用还处于初级阶段。本论文是以我国地球同步轨道气象卫星定标系统的研制为背景，开展星上定标器关键特性及其环境适应性与长期稳定性的测试与分析研究。 论文从辐射定标基本理论出发，论述了基于太阳漫射板的星上定标及其稳定性监测原理，开展了双向反射分布函数(BRDF)、相对双向反射比因子(rBRF)、比辐射计辐射定标、相对几何因子等影响星上定标精度的关键参数的测试技术研究，完成了米散射板(MSD)、聚四氟乙烯(PTFE)为材料的星上定标漫射板及稳定性监测比辐射计的关键特性参数测试，证实了MSD在朗伯性方面优于PTFE，为实现高精度星上定标提供了依据和基础。 论文分析了高轨环境下光辐照与粒子辐照对星上定标器影响，开展了高轨环境下的充放电机理研究及其针对于星上定标漫射板的环境实验研究，完成了MSD、PTFE星上定标漫射板的粒子辐照、紫外辐照实验及其体电阻测量。结果表明，MSD的体电阻率小于1012Ω·cm，可避免高轨静电充放电风险，满足高轨环境航天材料的体电阻要求;MSD的紫外辐照稳定性优于PTFE，验证了MSD为高轨星上定标漫射板的可行性，为提高星上定标漫射板的长期稳定性，进而为提高星上精度提供了实验数据支撑。 根据漫射板BRDF、rBRF以及比辐射计辐射定标、相对几何因子等关键特性参数测量结果，对基于太阳-漫射板星上定标不确定度进行了评估，结果表明，太阳-漫射板、稳定性监测比辐射计组成的星上定标器综合不确定度优于2％。本论文所取得的研究成果，为实现高轨卫星的高精度星上定标提供了实验技术与数据依据和支撑，对其他轨道卫星的星上定标也具有指导意义，对促进和提高我国光学遥感定量化研究与应用有重要意义。