CN106530301B - 卫星地面测试中成像类定量遥感仪器干扰和噪声评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种卫星地面测试中成像类定量遥感仪器干扰和噪声评价方法，包括以下步骤：步骤一、在卫星有效载荷观测视场为暗背景条件，卫星正常工作的地面测试环境下，对仪器数据进行实时采集；步骤二、对有效载荷科学源报数据进行包格式解析和判读；步骤三、对图像数据进行频域分析，判读在频域内不存在固定频率的干扰，或者识别出存在固定频率干扰；步骤四、各通道遥感数据以DN值方式整幅图像显示，对明显的噪声干扰进行目视识别；步骤五、逐行逐探元计算探测图像的均值和标准差，以标准差的变化作为空域噪声评价的指标。本发明可以最大限度的保证对各种干扰情况进行快速识别无疏漏，并结合噪声定量评价，确保不受其他主客观因素影响干扰识别结果。
Description
技术领域
本发明涉及航天技术领域，具体地，涉及一种卫星地面测试中成像类定量遥感仪器干扰和噪声评价方法。
背景技术
对地观测卫星一般由平台服务系统和有效载荷系统两大部分组成，有效载荷是卫星效能实现的关键，也是地面测试的重要环节。对于光学有效载荷测试，包括性能测试和接口测试。
性能测试主要考核仪器的定标性能、光学性能、几何性能与用户使用要求的符合性，需要专用的测试设备，一般在卫星测试中只进行功能和光电通路的检查；而接口测试是有效载荷卫星测试重点考核的内容，除常规的机械接口、电接口、热接口和软件通讯接口的匹配性外，更为重要的是电子学的兼容性，即卫星正常工作状态下，其他分系统与载荷可同时正常工作，相互之间不受影响。因此对有效载荷的干扰和噪声情况进行实时快速无疏漏的评价识别是非常重要的卫星测试项目。
图像干扰与噪声是相互关联的，干扰一般为外界引入的具有一定周期性的，其结果可能会引起噪声水平增高，也可能淹没在数据周期性采样中；噪声可以是外界引入，也包括系统内部探测器、电子学固有的噪声。本发明主要评价的是外界引入的干扰和噪声水平的放大。
传统目视评价方法仅能通过肉眼对图像中明显存在的周期性干扰条纹进行识别，其弊端主要在主观性强、受图像显示拉伸甚至显示器分辨率限制、对小干扰或非周期性随机干扰可能漏判等。
发明内容
本发明的目的是针对上述背景技术中的不足，提出一种卫星地面测试中成像类定量遥感仪器干扰和噪声评价方法。
根据本发明的一个方面，提供一种卫星地面测试中成像类定量遥感仪器干扰和噪声评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在卫星有效载荷观测视场为暗背景条件，卫星正常工作的地面测试环境下，对仪器数据进行实时采集；
步骤二、对有效载荷科学源报数据进行包格式解析和判读，分通道提取并按数据量化位数要求及探测区域顺序排列图像数据；
步骤三、对图像数据进行频域分析，判读在频域内不存在固定频率的干扰，或者识别出存在固定频率干扰，并可精确定位干扰频率位置和幅值；
步骤四、各通道遥感数据以DN值方式整幅图像显示，对明显的噪声干扰进行目视识别；
步骤五、逐行逐探元计算探测图像的均值和标准差，以标准差的变化作为空域噪声评价的指标。
优选地，所述步骤一关于卫星暗背景环境的建立，对于可见通道通过遮挡相机通光孔径方式实现。
优选地，所述步骤一关于卫星暗背景环境的建立，对于红外通道利用真实探测器、液氮制冷方式实现或通过模拟电阻盒替代真实探测器实现。
优选地，所述步骤二的有效载荷科学源报数据解析需分通道提取出光学观测遥感数据内容和辅助信息内容，并根据辅助信息进行按原始探测行列、探元和时间顺序排列。
优选地，所述步骤三的频域分析为将各通道各探测器单元数据按时间轴为序列进行FFT(傅里叶)变换。
优选地，所述步骤四对通道遥感数据进行整幅图全量化位数归一化拉伸后显示。
优选地，所述步骤五采用均值计算公式和标准差计算公式，均值计算公式为如下式：
所述标准差计算公式为如下式：
s为标准差，n为像元总数，xi为第i个像元的DN值，为所有像元的平均值。
优选地，所述步骤五包括以下评价准则：各通道多幅图像计算整幅均值基本稳定；各通道多幅图像计算整幅标准差基本稳定；同一通道各探元多幅图像计算探元内均值基本稳定；同一通道各探元多幅图像计算探元内标准差基本稳定；各通道各探元计算标准差值一般应在20以内。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：一，本方法可以最大限度的保证对各种干扰情况进行快速识别无疏漏，并结合噪声定量评价，确保不受其他主客观因素影响干扰识别结果。二，本方法可实现多通道多探元遥感数据并行判读和识别，提高效率的同时，也可对相互之间噪声和干扰来源进行快速定位。本发明方法综合进行频域、空域和目视判读，从而识别和评价遥感图像噪声水平以及是否存在干扰。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明卫星地面测试中成像类定量遥感仪器干扰和噪声评价方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
一般认为，多通道成像类遥感仪器需考核其电子学自兼容性和卫星电子学兼容性，在系统级和验收测试中，需完成其自兼容性进行考核；而在装星后测试中，重点考察与卫星其他分系统电子学兼容性，以及卫星接地状态、电缆屏蔽状态差异可能引发的图像噪声水平放大。
本发明方法包含如下步骤：
步骤一、在卫星有效载荷观测视场为暗背景条件，卫星正常工作的地面测试环境下，对仪器数据进行实时采集；
可见通道通过遮挡相机通光孔径方式实现仪器暗背景成像条件的建立，外通道可使用真实红外探测器，通过液氮对探测器制冷使其正常探测；也可通过模拟电阻盒替代真实探测器实现。经验证，上述方法所建立的暗背景成像条件可真实模拟仪器底噪声环境。
步骤二、对有效载荷科学源报数据进行包格式解析和判读，分通道提取并按数据量化位数要求及探测区域顺序排列图像数据；
原始科学源包数据包括辅助信息部分和遥感数据部分，按照CCSDS协议要求进行有效编排，遥感数据部分排列以时间为基准所有通道混合下传。因此数据解析部分需根据辅助信息中行列信息、对各通道数据进行重新组包，并按照约定的量化位数和通道探元数解析、排列。
步骤三、对图像数据进行频域分析，可判读在频域内不存在固定频率的干扰，或者可识别出存在固定频率干扰，并可精确定位干扰频率位置和幅值；
具体的频域分析方法为，各通道各探测元按时间周序列进行FFT变换，具体变化公式为如下式：
ωN＝e(-2πi)/N
各通道各探测器单元频域数据实时更新显示，如出现异常尖峰，则对特定频率进行识别和分析。
步骤四、各通道遥感数据以DN值方式整幅图像显示，对明显的噪声干扰进行目视识别；
光学遥感数据需按照探测场景的行列顺序，按通道进行整幅图全量化位数归一化拉伸后显示。目视识别中明显的噪声和干扰类型包括横条带(条纹)、竖条纹(条纹)、斜条带(条纹)、多像素图像DN值跳变等。
步骤五、逐行逐探元计算探测图像的均值和标准差，以标准差的变化作为空域噪声评价的指标。
对全量化位数的遥感数据，分别按照整幅图像、逐像元图像、逐行图像计算图像DN值的均值和标准差。均值计算公式为：
标准差计算公式为：
s为标准差，n为像元总数，xi为第i个像元的DN值，为所有像元的平均值。
计算结果对噪声水平的定量化评价标准包括：各通道多幅图像计算整幅均值基本稳定；各通道多幅图像计算整幅标准差基本稳定；同一通道各探元多幅图像计算探元内均值基本稳定；同一通道各探元多幅图像计算探元内标准差基本稳定；各通道各探元计算标准差值一般应在20以内。根据上述评价标准，可对连续多幅图像空域噪声水平进行计算评估，并可与分系统测试结果进行对比，如对比结果存在较大差异，则可以考虑对干扰和噪声进行排查。
频域干扰监测结果、目视判读结果和空域噪声水平定量计算结果可联合作为多通道成像类遥感仪器是否在卫星测试中受到干扰的判据。如出现干扰情况，排查过程可以采用星上各分系统分别加电、物理屏蔽措施、更改接地方式等，分阶段采用本发明方法评估并定位上述干扰和噪声来源。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (8)
1.一种卫星地面测试中成像类定量遥感仪器干扰和噪声评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在卫星有效载荷观测视场为暗背景条件，卫星正常工作的地面测试环境下，对仪器数据进行实时采集；
步骤二、对有效载荷科学源报数据进行包格式解析和判读，分通道提取并按数据量化位数要求及探测区域顺序排列图像数据；
步骤三、对图像数据进行频域分析，判读在频域内不存在固定频率的干扰，或者识别出存在固定频率干扰，并精确定位干扰频率位置和幅值；
步骤四、各通道遥感数据以DN值方式整幅图像显示，对明显的噪声干扰进行目视识别；
步骤五、逐行逐探元计算探测图像的均值和标准差，以标准差的变化作为空域噪声评价的指标。
2.根据权利要求1所述的卫星地面测试中成像类定量遥感仪器干扰和噪声评价方法，其特征在于，所述步骤一关于卫星暗背景环境的建立，对于可见通道通过遮挡相机通光孔径方式实现。
3.根据权利要求1所述的卫星地面测试中成像类定量遥感仪器干扰和噪声评价方法，其特征在于，所述步骤一关于卫星暗背景环境的建立，对于红外通道利用真实探测器、液氮制冷方式实现或通过模拟电阻盒替代真实探测器实现。
4.根据权利要求1所述的卫星地面测试中成像类定量遥感仪器干扰和噪声评价方法，其特征在于，所述步骤二的有效载荷科学源报数据解析需分通道提取出光学观测遥感数据内容和辅助信息内容，并根据辅助信息进行按原始探测行列、探元和时间顺序排列。
5.根据权利要求1所述的卫星地面测试中成像类定量遥感仪器干扰和噪声评价方法，其特征在于，所述步骤三的频域分析为将各通道各探测器单元数据按时间轴为序列进行FFT变换。
6.根据权利要求1所述的卫星地面测试中成像类定量遥感仪器干扰和噪声评价方法，其特征在于，所述步骤四对通道遥感数据进行整幅图全量化位数归一化拉伸后显示。
7.根据权利要求1所述的卫星地面测试中成像类定量遥感仪器干扰和噪声评价方法，其特征在于，所述步骤五采用均值计算公式和标准差计算公式，均值计算公式为如下式：
所述标准差计算公式为如下式：
s为标准差，n为像元总数，xi为第i个像元的DN值，为所有像元的平均值。
8.根据权利要求1所述的卫星地面测试中成像类定量遥感仪器干扰和噪声评价方法，其特征在于，所述步骤五包括以下评价准则：各通道多幅图像计算整幅均值基本稳定；各通道多幅图像计算整幅标准差基本稳定；同一通道各探元多幅图像计算探元内均值基本稳定；同一通道各探元多幅图像计算探元内标准差基本稳定；各通道各探元计算标准差值应在20以内。
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