近年来,光学遥感卫星多样化发展趋势更加明显,出现诸多新型遥感卫星,如敏捷卫星、视频卫星、夜光卫星等,为遥感应用提供多样化的数据产品。光学遥感卫星传感器的高精度相对辐射定标是保障各类遥感卫星观测产品的必备条件。受发射震动、在轨空间环境变化等因素以及传感器自身衰减的影响,传感器在轨响应状态随时间变化,因此需对卫星传感器实施高频次、高精度在轨辐射定标,保障影像产品的应用效果。但光学遥感卫星传感器传统在轨相对辐射定标方法严重依赖地球表面均匀场地物或影像样本积累,难以实现卫星传感器全生命周期高频次、高精度、全动态范围的在轨相对辐射定标,无法满足线阵推扫式传感器、光学视频面阵传感器、新型夜光面阵传感器影像数据的应用需求。因此,开展不依赖影像样本量积累的无场高频次、高精度、宽/全动态范围在轨相对辐射定标研究,优化遥感卫星传感器在轨相对辐射定标流程,不仅可突破传统在轨相对辐射定标方法局限,进一步完善光学遥感卫星传感器定标方法体系,而且对提升现役及后续国产卫星影像辐射质量具有重要现实意义。本文以光学卫星传感器全生命周期影像辐射质量保障为目标,主要研究了光学卫星传感器高频次、高精度、宽/全动态范围在轨相对辐射定标方法。在分析总结当前国内外现有在轨相对辐射定标方法基础上,针对线阵推扫式传感器、光学视频面阵传感器、新型夜光面阵传感器三类传感器,识别了其实现高频次、高精度、宽/全动态范围定标的关键问题,开展了以下研究:1)研究了光学遥感卫星传感器相对辐射定标成像基础梳理卫星入射光到传感器记录数字量化值(Digital Number,DN)传输链路的各环节,分析了光学遥感卫星传感器成像辐射误差源,构建光学遥感卫星传感器辐射误差传递模型。该模型揭示了光学遥感卫星传感器各探元在不同辐射亮度存在响应不一致性、线性响应模型以及非线性响应问题的根源,是建立传感器记录DN值与对应具有物理意义的卫星入瞳辐射亮度关联的理论依据,是光学遥感卫星传感器辐射定标的理论基础。研究了光学遥感卫星传感器辐射定标模型,分析了光学遥感卫星传感器成像链路辐射误差,并归纳了各类误差在传感器成像图像上的影响。总结了当前相对辐射定标精度评估方法,分析了各评估方法的指标意义以及应用场景。2)提出了线阵推扫式光学卫星无场在轨相对辐射定标方法针对传统在轨相对辐射定标方法难以实现线阵推扫式光学遥感卫星传感器高频次定标以及无法实现传感器全动态范围定标的问题,研究了基于卫星敏捷能力的无场在轨相对辐射定标方法,基于卫星敏捷成像能力和不依赖地球表面均匀场地物的特点,为传感器在轨相对辐射定标提供了覆盖传感器全动态范围的高精度辐射定标基准,实现了线阵推扫传感器高频次、高精度、全动态范围的在轨相对辐射定标。定标数据规定化处理是无场在轨定标高精度辐射基准提取的核心,针对定标数据处理中“过规定化”问题,本文提出了基于定标图像夹角检测的自适应规定化方法和顾及几何畸变的定标数据规定化方法,实现了高精度相对辐射定标基准的提取。针对光学遥感卫星传感器多CCD拼接模式下CCD间响应差异性标定问题,提出基于相位相关的CCD亮度差异校正和基于样本统计的CCD响应差异标定方法,实现多CCD拼接模式下CCD间响应差异的校正和标定。3)提出了面阵视频卫星多帧序列无场在轨相对辐射定标方法从光学视频卫星成像特性以及其在轨相对辐射定标现状出发,提出基于任意视频帧序列数据的视频卫星无场在轨相对辐射定标方法,实现了视频卫星高频次、高精度、宽动态范围在轨相对辐射定标。高精度定标基准提取是视频卫星无场相对辐射定标的核心,而视频多帧序列数据的精确配准是定标基准提取的前提。针对面阵视频卫星,本文提出基于视频帧序列的辐射基准重构方法和顾及几何畸变的多帧序列基准重构方法,提取视频卫星传感器在轨相对辐射定标基准。鉴于星上数据压缩对传感器探元响应模型的影响,本文提出了顾及星上数据压缩的视频卫星在轨相对辐射定标流程,优化视频卫星传统在轨定标流程不顾及星上数据压缩的定标模式,保持视频卫星面阵传感器各探元响应关系,隔离星上数据压缩对传感器响应模型的影响。4)提出了夜光卫星无场在轨相对辐射定标方法针对夜光卫星传感器无夜晚大面积均匀定标基准光源的难点,提出了基于辐射基准传递的无需夜晚均匀定标光源的在轨相对辐射定标方法,构建了夜光卫星传感器白天-夜间辐射基准传递模型,实现夜光卫星传感器不依赖夜晚地面大面积均匀定标光源的夜光卫星面阵传感器高精度在轨相对辐射定标,并成功应用到珞珈一号01星。