CN103837234B - 一种基于地面激光靶标的在轨光谱定标方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于地面激光靶标的在轨光谱定标方法及装置，其中，所述方法包括：搭载在卫星上的光谱仪接收至少2个激光器发射的激光，输出响应数据并将所述响应数据发送给处理装置，所述响应数据包括全部光谱通道的光斑位置；所述处理装置将所述响应数据与实验室光谱定标数据比较，得到在轨光谱定标数据。基于地面激光器发射的光束，确定不同波长在探测器上的空间位置，与实验室定标数据对比，计算出多个谱线漂移量提高在轨定标精度。

Description

一种基于地面激光靶标的在轨光谱定标方法及装置

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种基于地面激光靶标的在轨光谱定标方法及装置。

背景技术

成像光谱仪能够同时获取目标的二维空间图像和一维光谱信息，既能直观反映被测目标的几何形貌，又能提供目标的理化属性，是一种图谱结合的探测手段。上个世纪八十年代以来，光谱成像技术开始被广泛应用于航天航空遥感成像，通过飞行器搭载，在矿产与石油资源探测、水质及大气污染监测、精准农业和林业等领域取得了瞩目成就。目前，这项技术已经逐步渗透到生物医学、艺术品防伪鉴定、食品安全监测、疾病的控制与治疗等民用领域，获得了越来越广泛的研究与运用。对于星载成像光谱仪，发射升空后仪器状态会发生改变，为了能够获得目标有效的光谱信息，除对相机进行实验室定标外，还需要进行在轨定标。

传统的成像光谱仪在轨定标包括内定标、太阳定标和大气吸收线定标。内定标需要携带大量的定标仪器，增加了卫星重量，对所有通道进行扫描需要的周期较长，在太空环境下不能保证定标仪器本身不发生变化，并且需要通过其它部件的转动，使光源进入相机的视场，如此会有转动装置卡滞，造成相机不能对地球成像的危险，而且系统硬件和软件也会非常复杂；当采用大气吸收线进行发射后光谱定标时，只能对个别几个通道进行标定，对于色散非线性的成像光谱仪难以保证其所有通道定标的精度。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种基于地面激光靶标的在轨光谱定标方法及装置，提高定标的精度。

本发明实施例的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于地面激光靶标的在轨光谱定标方法，包括：

搭载在卫星上的光谱仪接收至少2个激光器发射的激光，输出响应数据并将所述响应数据发送给处理装置，所述响应数据包括全部光谱通道的光斑位置；

所述处理装置将所述响应数据与实验室光谱定标数据比较，得到在轨光谱定标数据。

一种基于地面激光靶标的在轨光谱定标装置，包括至少2个激光器、定向控制装置以及光束发散角控制装置：

所述定向装置，用于调整所述至少2个激光器之间的间距；

所述光束发散角控制装置，用于调整所述至少2个激光器发射的激光光束的光束发散角；

所述至少2个激光器，用于在预定位置按照预定光束发散角发射激光光束；

激光器发射的激光光束被搭载在卫星上的光谱仪接收，所述光谱仪输出响应数据，所述响应数据包括全部光谱通道的光斑位置。

由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，基于激光器(地面靶标)发射的光束，获取光谱仪的响应数据，确定不同波长在探测器上的空间位置，与实验室定标数据对比，计算出谱线漂移量，提高在轨定标精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的基于地面激光靶标的在轨光谱定标装置结构示意图。

图2为本发明实施例提供的基于地面激光靶标的在轨光谱定标装置应用示意图。

图3为本发明实施例提供的基于地面激光靶标的在轨光谱定标方法流程示意图。

图4为本发明实施例提供的基于地面激光靶标的在轨光谱定标装置应用示意图。

图5为本发明实施例提供的基于地面激光靶标的在轨光谱定标方法光谱漂移和光斑位置示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种基于地面激光靶标的在轨光谱定标装置，包括至少2个激光器11、定向控制装置12以及光束发散角控制装置13：

定向控制装置12，用于调整至少2个激光器11之间的间距；

光束发散角控制装置13，用于调整至少2个激光器11发射的激光光束的光束发散角；

至少2个激光器11，用于在预定位置按照预定光束发散角发射激光光束；

激光器11发射的激光光束被搭载在卫星上的光谱仪接收，光谱仪输出响应数据，所述响应数据包括全部光谱通道的光斑位置。

由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，基于地面激光靶标，可以确定不同波长在探测器上的空间位置，与实验室定标数据对比，计算出多个谱线漂移量，提高在轨定标精度。

本发明实施例基于地面激光靶标的在轨光谱定标装置设置在地面，光谱仪搭载在卫星上，本发明实施例基于地面激光靶标的在轨光谱定标装置可以随意搬动，具有很好的便携性，搬动到需要的位置，可以随时进行定标，不必等待卫星经过某地时才进行定标。

本发明实施例基于地面激光靶标的在轨光谱定标装置，定向装置12，具体可以用于根据光谱仪的空间分辨率对应确定一组激光器(2个激光器为一组)之间的间距，其中，激光器组之间的间距小于等于光谱仪的空间分辨率，大于十分之一空间分辨率。假如空间分辨率为4m，则激光器组间距要小于等于4m，大于0.4m。

具体的，光谱仪的空间分辨率可以结合现有技术的以理解。

光束发散角控制装置13，具体可以用于根据卫星轨道定位的精度和激光器指向精度确定激光器发射的激光光束的光束发散角，其中，激光器的光束发散角大于卫星定位角度误差与激光器指向误差之和。

具体的，卫星轨道定位的精度和激光器指向精度可以结合现有技术的以理解。

本发明实施例基于地面激光靶标的在轨光谱定标装置，激光器12提供多个波长激光，可以确定多通道的中心波长位置，提高定标精度。

本发明实施例基于地面激光靶标的在轨光谱定标装置，如图2所示，至少2个激光器21活动设置在地面平台22上，地面平台22设置有方位轴23，方位轴23可以沿231方向旋转。

激光器21可以通过导轨设置在地面平台22上，不受此限制。

激光器21可以沿221方向移动，激光器21之间的间距可以调整，保证必然有一组激光器可以在光谱仪的相机某一次曝光时进入相机视场。

光束发散角控制装置23可以包括陀螺经纬仪，调整方位轴23控制至少2个激光器的光束发散角。

仍如图2所示，电源24为激光器供电。

本发明实施例基于地面激光靶标的在轨光谱定标装置，激光器发射的激光波长，可以根据待定标成像光谱仪的设计光谱参数或者实验室定标数据确定，尽量平均分布在光谱仪响应范围内。

示例性的，若有几个光谱通道响应中心波长在探测器上的空间位置为1,2,3，则激光光斑在探测器的位置与中心波长的位置之差尽量均匀分布在-0.5～0,5之间。

实验室光谱定标数据可以包括：每个光谱通道的中心波长、带宽及光斑位置。示例性的，采用单色仪，在多个波长(不限于激光波长)下，测定每个光谱通道的光斑位置。

在轨光谱定标数据可以包括：每个光谱通道的中心波长。实验室光谱定标数据包括：带宽时，在轨光谱定标数据还可以包括：带宽，其中，带宽可以与实验室测定的带宽一致。

本发明实施例基于地面激光靶标的在轨光谱定标装置，还可以包括处理装置，用于将所述响应数据与实验室光谱定标数据比较，得到在轨光谱定标数据。

具体的，处理装置用于：

将所述响应数据中光谱通道的光斑位置对应与实验室光谱定标数据中光谱通道的光斑位置比较，得到谱线偏移量和旋转量；

根据所述谱线偏移量和旋转量以及实验室光谱定标数据中光谱通道的中心波长，得到在轨光谱定标数据中光谱通道的中心波长。

其中，光谱通道，可以参考现有技术的以理解，在此不做限制。

示例性的，如图5所示，得到在轨光谱定标数据与实验室光谱定标的图谱，图谱体现了光斑位置和全部光谱通道的谱线位置。实验室定标时激光光斑的位置51，实验室定标光谱位置52(每条线代表同一波长)，在轨定标时激光光斑的位置53，在轨定标光谱位置54。可见，激光光斑可以连成一条直线，则通过这条直线在卫星入轨前后的变化就可以得到偏移量和旋转量。

综合上述描述，可见，本发明实施例基于地面激光靶标的在轨光谱定标装置，利用多波长激光，可以确定多通道的中心波长位置，提高定标精度。

搬动到需要的位置，可以随时进行定标，不必等待卫星经过某地时才进行定标，可以实现成像光谱仪的快速在轨光谱定标。

根据卫星的运行规律和天气，可以定时对成像光谱仪进行在轨光谱定标。

如图3所示，本发明实施例提供一种基于地面激光靶标的在轨光谱定标方法，包括：

步骤31、搭载在卫星上的光谱仪接收至少2个激光器发射的激光，输出响应数据并将所述响应数据发送给处理装置，所述响应数据包括全部光谱通道的光斑位置；

步骤32、所述处理装置将所述响应数据与实验室光谱定标数据比较，得到在轨光谱定标数据。

由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，基于地面激光靶标，可以确定不同波长在探测器上的空间位置，与实验室定标数据对比，计算出多个谱线漂移量提高在轨定标精度。

激光器、处理装置设置在地面，光谱仪搭载在卫星上，激光器、处理装置可以随意搬动，具有很好的便携性，搬动到需要的位置，可以随时进行定标，不必等待卫星经过某地时才进行定标。

本发明实施例基于地面激光靶标的在轨光谱定标方法，实验室光谱定标数据可以包括：每个光谱通道的中心波长、带宽及光斑位置。示例性的，采用单色仪，在多个波长(不限于激光波长)下，测定每个光谱通道的光斑位置。

在轨光谱定标数据可以包括：每个光谱通道的中心波长。实验室光谱定标数据包括：带宽时，在轨光谱定标数据还可以包括：带宽，其中，带宽可以与实验室测定的带宽一致。

光谱通道，可以参考现有技术的以理解，在此不做限制。

进一步的，所述处理装置将所述响应数据与实验室光谱定标数据比较，得到在轨光谱定标数据，可以包括：

将所述响应数据中光谱通道的光斑位置对应与实验室光谱定标数据中光谱通道的光斑位置比较，得到谱线偏移量和旋转量；

根据所述谱线偏移量和旋转量以及实验室光谱定标数据中光谱通道的中心波长，得到在轨光谱定标数据中光谱通道的中心波长。

本发明实施例基于地面激光靶标的在轨光谱定标方法，激光器可以至少为2个，所述2个激光器之间的间距小于等于光谱仪的空间分辨率。其中，激光器组之间的间距小于等于光谱仪的空间分辨率，大于十分之一空间分辨率。假如空间分辨率为4m，则激光器组间距要小于等于4m，大于0.4m。

光谱仪的空间分辨率可以结合现有技术的以理解。

本发明实施例基于地面激光靶标的在轨光谱定标方法，所述激光器的光束发散角大于卫星定位角度误差与激光器指向误差之和。

具体可以用于根据卫星轨道定位的精度和激光器指向精度确定激光器发射的激光光束的光束发散角，卫星轨道定位的精度和激光器指向精度可以结合现有技术的以理解。

下面如图4所示，说明本发明实施例基于地面激光靶标的在轨光谱定标方法：

地面41上设置基于地面激光靶标的在轨光谱定标装置，激光靶标42可以沿箭头421方向移动，并可沿箭头422方向旋转。根据卫星43的观测角度和观测区域提前固定激光靶标42的位置和光束指向角度，两激光器沿推扫方向排列，距离可以调整，距离小于一个地元大于观测时的不稳定距离，保证必然有一组激光器可以在相机某一次曝光时进入相机视场。

当卫星43过境时(推扫方向44)，激光靶标42的光束(透过大气45)到达搭载在卫星43上的光谱仪。

如图5所示，实验室定标时激光光斑的位置51，实验室定标光谱位置52，在轨定标时激光光斑的位置53，在轨定标光谱位置54。基于光谱漂移机理，认为光谱漂移只发生了平移和旋转，在实验室定标时记录激光光斑的位置和全部光谱通道的光谱定标数据作为参考，在轨定标获得的数据与实验室定标数据进行对比，计算出谱线偏移和旋转量，根据偏移量和旋转量推测全部光谱通道的中心波长。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种基于地面激光靶标的在轨光谱定标方法，其特征在于，包括：

搭载在卫星上的光谱仪接收至少2个激光器发射的激光，输出响应数据并将所述响应数据发送给处理装置，所述响应数据包括全部光谱通道的光斑位置；

所述处理装置将所述响应数据与实验室光谱定标数据比较，得到在轨光谱定标数据。

2.根据权利要求1所述的基于地面激光靶标的在轨光谱定标方法，其特征在于，所述2个激光器之间的间距小于等于所述光谱仪的空间分辨率，所述激光器的光束发散角大于卫星定位角度误差与激光器指向误差之和。

3.根据权利要求1或2所述的基于地面激光靶标的在轨光谱定标方法，其特征在于，实验室光谱定标数据包括每个光谱通道的中心波长、光斑位置，所述处理装置将所述响应数据与实验室光谱定标数据比较，得到在轨光谱定标数据，包括：

将所述响应数据中光谱通道的光斑位置对应与实验室光谱定标数据中光谱通道的光斑位置比较，得到谱线偏移量和旋转量；

根据所述谱线偏移量和旋转量以及实验室光谱定标数据中光谱通道的中心波长，得到在轨光谱定标数据中光谱通道的中心波长。

4.一种基于地面激光靶标的在轨光谱定标装置，其特征在于，包括至少2个激光器、定向控制装置以及光束发散角控制装置：

所述定向装置，用于调整所述至少2个激光器之间的间距；

所述光束发散角控制装置，用于调整所述至少2个激光器发射的激光光束的光束发散角；

所述至少2个激光器，用于在预定位置按照预定光束发散角发射激光光束；

激光器发射的激光光束被搭载在卫星上的光谱仪接收，所述光谱仪输出响应数据，所述响应数据包括全部光谱通道的光斑位置。

5.根据权利要求4所述的基于地面激光靶标的在轨光谱定标装置，其特征在于，所述定向装置，具体用于根据光谱仪的空间分辨率对应确定所述2个激光器之间的间距，其中，激光器之间的间距小于等于光谱仪的空间分辨率。

6.根据权利要求4所述的基于地面激光靶标的在轨光谱定标装置，其特征在于，所述光束发散角控制装置，卫星轨道定位的精度和激光器指向精度确定激光器发射的激光光束的光束发散角，其中，激光器的光束发散角大于卫星定位角度误差与激光器指向误差之和。

7.根据权利要求4或5或6所述的基于地面激光靶标的在轨光谱定标装置，其特征在于，至少2个激光器活动设置在地面平台上，所述地面平台设置有方位轴，调整所述方位轴控制至少2个激光器的光束发散角。

8.根据权利要求4或5或6所述的基于地面激光靶标的在轨光谱定标装置，其特征在于，还包括：

处理装置，用于将所述响应数据与实验室光谱定标数据比较，得到在轨光谱定标数据。

9.根据权利要求8所述的基于地面激光靶标的在轨光谱定标装置，其特征在于，实验室光谱定标数据包括每个光谱通道的中心波长、光斑位置，所述处理装置，具体用于：

将所述响应数据中光谱通道的光斑位置对应与实验室光谱定标数据中光谱通道的光斑位置比较，得到谱线偏移量和旋转量；

根据所述谱线偏移量和旋转量以及实验室光谱定标数据中光谱通道的中心波长，得到在轨光谱定标数据中光谱通道的中心波长。