CN104567938A - 用于光学载荷地面分辨率评价的新型扇形靶标 - Google Patents

Abstract

一种用于光学载荷地面分辨率评价的新型扇形靶标，该扇形靶标为个总圆心角为155°、外半径为50m、内半径为2m的扇形，由多个小弧角为5°、黑白相间的小扇形组成；采用稳定性好、朗伯性佳的天然砾石材料铺设而成。本发明的有益效果是：可极大提高卫星载荷地面分辨率评价的频次；靶标光谱稳定性好，不会受到雨水、霜冻的影响而引起光谱快速退化，有效提高载荷性能评价精度；靶标的几何形状受雨雪、霜冻而受到的影响小；靶标的渗透性很好且具有良好的自我清洁能力，可大幅降低常态化运行所需的维护成本。

Description

用于光学载荷地面分辨率评价的新型扇形靶标

技术领域

本发明涉及遥感技术领域，尤其涉及一种新型的用于光学载荷地面分辨率评价的新型扇形靶标。

背景技术

遥感技术能够大范围、动态的获取目标电磁辐射信息，实现对于地物真实物理属性的高效认知，在资源、测绘、气象和军事侦察等方面具有广阔的应用前景。随着对地观测遥感技术逐渐向满足定量化应用方向发展，常态化地定期监测卫星载荷运行过程中性能动态变化、精确检测变化程度、准确发现变化的原因并制定针对性的补救措施已得到国内外广泛的重视。

我国自“九五”以来自主研发了多种星载、机载遥感载荷，形成了资源、环境、气象、海洋等卫星系列，然而，目前我国行业部门事实上还是以使用国外遥感数据为主，其主要原因之一在于我国遥感技术链中长期缺乏有效的载荷性能与数据质量检测环节，对于载荷在轨定标及性能评测、遥感数据及产品的精准性和可靠性真实性验证仍存在诸多技术问题。受航天遥感载荷在轨性能无法直接检测的制约，在轨运行遥感载荷性能动态检测与定标、遥感产品质量分析与真实性检验必须以地面目标测量值为参照基准，因此稳定、精准地面标准参照目标成为其中关键一环。“十一五”期间科技部“无人机遥感载荷综合验证系统”项目针对光学载荷性能测试，研制布设了灰度靶标、三线靶标、彩色靶标、扇形靶标、几何十字标、MTF刃边靶标等不同用途的多种移动式人工目标，极大改善了我国测试标准目标体系的完整性，为实现可常态化运行的载荷性能综合测试奠定了一定基础，但其依然采用测后回收的方式，不仅每次测试都要耗费大量人力、物力重新布设，而且由于移动式人工目标大多采用喷涂化学材料的研制方式，使得不同测试时期内目标特性的不稳定也会对评价结果带来不确定性。

固定式测试目标能够提供一致性强、重复利用度高的参考信息，对于经常性的开展载荷性能检测，尤其是高重访的卫星载荷周期性质量检测具有重要作用。为了保障遥感载荷长期业务运行期间的数据质量，达到预期的应用目标，国内一些测试场已经具备了人工的固定式测试目标，例如嵩山场采用刷漆方式研制、布设的用于辐射定标、MTF性能及地面分辨率评价的固定式人工目标。然而，采用刷漆方式研制的固定目标光谱退化严重，靶标对比度影响评价结果的精度。

总之，目前这些可移动式或者固定目标存在以下主要技术缺陷：

1）可移动式目标依然采用测后回收的方式，耗费大量人力、物力重新布设。

2）采用喷涂、刷漆方式研制的人工目标的光谱稳定性较差，极易受到环境因素，例如的雨水、霜冻的影响干扰而引起光谱快速退化，影响评价结果的精度。

3）采用喷涂、刷漆方式研制的固定式人工目标的渗水性较差，靶标表面容易产生积水。

发明内容

针对目前固定式测试目标存在的问题，本专利提出了一种新的稳定性好、朗伯性佳的铺设新技术，研制了一套航空/航天共用高分辨率光学载荷地面分辨率评价的新型扇形靶标。解决现有技术存在稳定性差、成本高等问题。

本发明的技术方案是：一种用于光学载荷地面分辨率评价的新型扇形靶标，其特征在于，该扇形靶标的表面形状为一个总圆心角为155°、外半径为50m、内半径为2m的扇形，该扇形分为多个小弧角为5°、黑白相间的小扇形组成，相邻两个小扇形的对比度大于5∶1，所述的扇形靶标均采用砾石材料铺设而成。

所述的扇形靶标采用角钢焊接组成扇形框架；在扇形框架、弧形中间角钢及预埋件表面设有黑色防锈油漆涂层。

在所述的天然砾石材料的下面铺设有透水土工布。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

（1）可极大提高卫星载荷地面分辨率评价的频次；

（2）靶标光谱稳定性好，不会受到雨水、霜冻的影响而引起光谱快速退化，有效提高性能评价精度；

（3）靶标的几何形状受雨雪、霜冻而受到的影响小；靶标的渗透性很好且具有良好的自我清洁能力，可大幅降低常态化运行所需的维护成本。

附图说明

图1是本发明的基本形状示意图；

图2是垫层断面结构的示意图；

图3本发明采用的靶标石的两种颜色对比图；

图4本发明采用的三种颜色靶标石的光谱曲线图。

具体实施方式

参见图1-图4，为了评估光学载荷地面分辨率，通常在地面布设分辨率靶标，比如三线分辨率靶标或扇形靶标，对载荷所获取的分辨率靶标图像进行检测。三线靶标法的检测方法虽然相对简单，但是由于靶标尺寸变化是不连续的，因此无法以连续方式获得更为准确的分辨率测量；并且对于地面分辨率较小的载荷，往往难以布设满足要求的三线分辨率靶标；此外对于数字光电成像系统，受到采样相位影响，利用三线靶标可能会出现分辨率误判的问题。相比于三线分辨率靶标，扇形靶标存在如下优势：1）靶条数多，可以有效避免三线分辨率靶标线条数少导致的检测结果的偶然性；2）靶条宽度成梯形连续渐变，可获得连续的分辨率测量，并能够有效减小相位差等因素对检测结果的影响，减少误判；3）当辐射角大于90度时，可覆盖从CCD阵列方向到运动方向，并且布设和维护成本也比大阵列三线分辨率靶标低。因此，为了满足多方向高分辨率卫星、航空光学载荷地面分辨率验证与测试需求，设计扇形固定靶标。

利用扇形靶标评价载荷地面分辨率时，不同靶标半径上黑/白靶条宽度不同。而地面分辨率R即等于图像上刚刚能分辨出的黑/白靶条的宽度d ₀ ，其对应半径r ₀ 称为极限半径。因此，为了满足多方向高分辨率（至少4.36m载荷）卫星、航空光学载荷地面分辨率验证和测试需求，本发明设计了一个总圆心角为155°，每个小弧角均为5°，外半径为50m，内半径为2m的黑白相间的扇形靶标1。设定相邻两个小扇形（白色小扇形2和黑色小扇形1）的对比度大于5：1，以便于白/黑靶条在图像中有效识别。

2、固定式人工靶标研制：

（1）垫层铺设

参见图2和图3，为了保证固定靶场区的良好的透水性和平整度、抗压能力，固定靶标区的垫层8（铺设在地面9上）由天然级配砂砾组成。其中砂砾的最大粒径不宜大于60mm，不小于0.071mm，粉料含量不应大于5%；机械压实，厚度为200mm，压实系数大于0.93。另外，在天然级配砾石表层需要铺设规格为300g/m²的透水土工布7以防止垫层杂草丛生。

（2）靶标石的选取

利用人工靶标进行遥感载荷性能评价要求靶标的反射率、靶标倾角等特性应当不随时间而变化，这样可以说明计算精度满足要求范围内的指标变化都是传感器性能变化引起的，以便监测传感器性能随时间的变化情况。因此，考虑到固定人工靶标长期处于野外环境的特点，选择受雨水、雪和霜冻影响较小的光谱稳定、光谱退化较慢的砾石进行铺设。为了减弱砾石的光谱方向性和阴影遮挡，顶层铺设的砾石直径控制在5-10mm之间。综合考虑扇形靶标的设计要求，满足靶标对比度需求，靶标石由黑、白两种不同反射率的砾石构成，如图3所示，白色砾石5、黑色砾石6分别用于铺设扇形靶标1的白色小扇形2和黑色小扇形1区域。

（3）靶标研制

为了保证靶标的几何形状和稳定性，采用L50角钢焊接靶标框。为了防止靶标框移动而影响靶标的几何精度，对于每条半径，将600mm长的角钢每隔3m 锲入地面作为预埋件，然后将其与框架焊接，并在靶标框特定位置布设混凝土墩（含角钢埋件），以便进一步加固靶标框。

对于扇形靶标，外弧处每隔40°布设混凝土墩（含角钢埋件），共计5个，尺寸为300mm*300mm*400mm；扇形靶标中心布设一个半圆形的混凝土墩4，用于固定扇形形状。

靶标框架焊接完成后，利用经纬仪、水准仪分别检测垂直度、角度和平整度等技术参数，经检测满足技术要求后，采用黑、白色砾石铺设扇形靶标，铺设厚度大于50mm，并利用标高找平，确保平整度小于15mm/3m。

周边区铺设：为了降低靶标周围背景辐射的影响，在靶标周边铺设厚度大于50mm的黑色靶标石，并利用标高找平，确保平整度小于15mm/3m。

Claims (3)

1.一种用于光学载荷地面分辨率评价的新型扇形靶标，其特征在于，该扇形靶标的表面形状为一个总圆心角为155°、外半径为50m、内半径为2m的扇形，该扇形分为多个小弧角为5°、黑白相间的小扇形组成，相邻两个小扇形的对比度大于5∶1，所述的扇形靶标均采用砾石材料铺设而成。

2.根据权利要求1所述的用于光学载荷地面分辨率评价的新型扇形靶标，其特征在于，所述的扇形靶标采用角钢焊接组成扇形框架；在扇形框架、弧形中间角钢及预埋件表面设有黑色防锈油漆涂层。

3.根据权利要求1所述的用于光学载荷地面分辨率评价的新型扇形靶标，其特征在于，在所述的天然砾石材料的下面铺设有透水土工布。