CN100414270C - 星上全光路辐射定标方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星上全光路辐射定标方法，包括安装在卫星平台上的高精度光谱辐射亮度计、星载多光谱相机及支架，支架上安装有由电机驱动的漫反射白板，高精度光谱辐射亮度计与星载多光谱相机安装在卫星平台上的同一平面上，其光路方向均向同一方向，由转动电机带动漫反射白板向右旋转移动避开多光谱相机的光路，此时多光谱相机可对地球目标进行观测；一旦漫反射白板旋转回复到实线所示位置，即可实现对多光谱相机的全光路定标校准。依现有的技术水平，可实现对星上相机响应率进行不确定度小于3%的高精度定标校准。

Description

星上全光路辐射定标方法

技术领域

本发明属于光学辐射测量领域，具体的说是一种星上全光路辐射定标方法。

背景技术

目前，卫星应用正越来越深入社会生活的各个方面。仅在我国，除了军用目的的侦察卫星，作为民用，就有通信卫星、风云系列的气象卫星、资源卫星和海洋卫星等。其中除了通信卫星，其它的卫星可统称为遥感卫星，无一例外都装有成像或非成像的光学传感器，以此获取天空、地面和海洋目标的图象或光谱信息。所有的光学仪器在发射升空前，为了使获得的信息具有真实可靠性，都在地面进行过定标校准。然而，一旦升空后，由于所处的环境状况发生较大的变化以及随着时间的推移而受到不同程度的污染和老化，探测器的响应率或多或少都会发生一些变化，从而使获取的信息的真实性受到影响。事实上，我国的风云卫星、资源卫星等都有这个情况。为了解决这个问题，一般都在星上加装内定标装置(一个由溴钨灯作光源的定标器)或利用地面靶标(如敦煌的中国遥感卫星辐射校正场)对星上的相关仪器进行定标校准。

星上的内定标装置通常只能对被定标的仪器进行部分光路的定标校准，如一般都不可对相机的主镜进行校准从而影响校准的精度；同时溴钨灯作光源随着环境变化和时间的推移，其输出不可避免的要发生改变，这样就使得定标校准的精度难以品估；地面靶标由于受大气的影响而使校准的精度受到限制，现在的水平仅可达到90％左右。

对于现代遥感应用的定量化需求越来越高的要求，现有的一些对星上光学传感器进行定标校准的装置和方法已显得相对不足。

发明内容

为了提高对星上光学传感器的定标校准精度，满足现代定量化遥感的需求，本发明发明了星上全光路辐射定标方法。

星上全光路辐射定标方法，其特征在于在卫星平台上依次安装有高精度光谱辐射亮度计、待定标星载多光谱相机、由电机驱动的可转动漫反射白板，高精度光谱辐射亮度计与多光谱相机可同时测量同一目标-漫反射白板；需要定标时，由地面指令电机驱动漫反射白板旋转切入高精度光谱辐射亮度计与多光谱相机的入射光路，此时高精度光谱辐射亮度计与多光谱相机同时测量漫反射白板实现光谱相机的星上全光路辐射定标；定标任务完成后，再由地面指令转动电机带动漫反射白板旋转移动避开多光谱相机的光路，此时多光谱相机即恢复对地球目标的观测；

高精度光谱辐射亮度计与多光谱相机同时测量目标漫反射白板，这样可确保在同一时刻两者所接收的目标辐射亮度完全相同，

经测量后，多光谱相机在某一波段的响应率Rλ可通过以下公式求出：

因为 $L_{\mathrm{\λ}}=\frac{V_{0\mathrm{\λ}}}{R_{0\mathrm{\λ}}}=\frac{V_{\mathrm{\λ}}}{R_{\mathrm{\λ}}}$

所以 $R_{\mathrm{\λ}}=R_{0\mathrm{\λ}}\×\frac{V_{\mathrm{\λ}}}{V_{0\mathrm{\λ}}}$

其中：L_λ-漫反射白板上的辐亮度；

V_0λ-高精度光谱辐射亮度计在λ波长处输出的电压值；

V_λ-相机在λ波长处输出的电压值；

R_0λ-高精度光谱辐射亮度计在λ波长处的响应率；

由在星上定标获得的R_λ与卫星发射前地面定标所得的多光谱相机在某一波段的响应率R′_λ的比例关系修正多光谱相机观测地球目标所获得的数据即实现对多光谱相机的定标校准。

由电动驱动的可转动漫反射白板安装在卫星平台的支架上，高精度光谱辐射亮度计与星载多光谱相机安装在卫星平台上的同一平面上，其光路方向均向同一方向。

高精度光谱辐射亮度计采用专利技术，其专利号为：ZL03 2 20050.1。

虽然外太空中的太阳光非常稳定，漫反射白板采用聚四氟乙稀材料经特殊工艺烧制制作，其本身具有优良的化学和物理稳定性，但在太空中长期运行，其裸露在外的光学面不可避免要受到太空尘埃的污染以及受到强烈的紫外照射而改变其表面的光谱反射率，从而使进入相机的辐射能量变得不可预知而不能实现对相机的精确定标校准。为此，本发明加装03 2 20050.1高精度光谱辐射亮度计实用新型专利通过比对测量实现对相机的精确定标。

高精度光谱辐射亮度计与待定标相机同时测量目标(漫反射白板)，这样可确保在同一时刻两者所接收的目标辐射亮度完全相同，从而消除由于时间的差异带来的误差。

该星上全光路辐射定标方法可对星上需定标校准的相机进行全光路的定标，消除了以往部分光路定标装置的局限性；利用高精度光谱辐射亮度计的高精度、高稳定性可实现对星上相机响应率进行不确定度小于3％的高精度定标校准。

附图说明

附图1为本发明的具体实现的示例示意图。

附图2为本发明的工作原理示意图。

具体实施方式

参见附图1、2。

星上全光路辐射定标方法，包括安装在卫星平台上的高精度光谱辐射亮度计、星载多光谱相机及支架，支架上安装有由电机驱动的漫反射白板，高精度光谱辐射亮度计与星载多光谱相机安装在卫星平台上的同一平面上，其光路方向均向同一方向，由转动电机带动漫反射白板向右旋转移动避开多光谱相机的光路(如移到虚线所示位置)，此时多光谱相机可对地球目标进行观测；一旦漫反射白板旋转回复到实线所示位置，即可实现对多光谱相机的全光路定标校准。

Claims (1)

1. 星上全光路辐射定标方法，其特征在于在卫星平台上依次安装有高精度光谱辐射亮度计、待定标星载多光谱相机、由电机驱动的可转动漫反射白板，高精度光谱辐射亮度计与多光谱相机可同时测量同一目标-漫反射白板；需要定标时，由地面指令电机驱动漫反射白板旋转切入高精度光谱辐射亮度计与多光谱相机的入射光路，此时高精度光谱辐射亮度计与多光谱相机同时测量漫反射白板实现光谱相机的星上全光路辐射定标；定标任务完成后，再由地面指令转动电机带动漫反射白板旋转移动避开多光谱相机的光路，此时多光谱相机即恢复对地球目标的观测；

高精度光谱辐射亮度计与多光谱相机同时测量目标漫反射白板，这样可确保在同一时刻两者所接收的目标辐射亮度完全相同，

经测量后，多光谱相机在某一波段的响应率R_λ可通过以下公式求出：因为 $L_{\mathrm{\λ}}=\frac{V_{0\mathrm{\λ}}}{R_{0\mathrm{\λ}}}=\frac{V_{\mathrm{\λ}}}{R_{\mathrm{\λ}}}$

所以 $R_{\mathrm{\λ}}=R_{0\mathrm{\λ}}\×\frac{V_{\mathrm{\λ}}}{V_{0\mathrm{\λ}}}$

其中：L_λ-漫反射白板上的辐亮度；

V_0λ-高精度光谱辐射亮度计在λ波长处输出的电压值；

V_λ-相机在λ波长处输出的电压值；

R_0λ-高精度光谱辐射亮度计在λ波长处的响应率；

由在星上定标获得的R_λ与卫星发射前地面定标所得的多光谱相机在某一波段的响应率R′_λ的比例关系修正多光谱相机观测地球目标所获得的数据即实现对多光谱相机的定标校准。

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