CN109185731A - 一种星载定标光谱光源的设计方法 - Google Patents

一种星载定标光谱光源的设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种星载定标光谱光源的设计方法，通过挑选若干种650‑1700nm波段间的单色LED灯珠构成初始光谱光源；采用遗传算法计算得到适应度值最小的填充染色体通过控制单色LED灯珠的输出强度来填充所述初始光谱光源的能量空隙；挑选若干种完全覆盖650‑1700nm波段的带通滤光镜组成光谱光源滤除系统；采用所述遗传算法计算得到适应度值最小的滤除染色体，通过控制所述光谱光源滤除系统滤掉所述填充光谱光源的多余能量得到滤除光谱光源，当前所述滤除光谱光源已达到要求且50nm内的平均误差小于等于5％。本发明提出一种与目标光源的光谱高度匹配的星载定标光谱光源的设计方法，解决了采用所述单色LED灯珠直接构成的所述星载定标光谱光源存在能量空隙的问题。

Description

一种星载定标光谱光源的设计方法
技术领域
本发明涉及星载定标光源技术领域，尤其涉及一种星载定标光谱光源的设计方法。
背景技术
航天飞行和星空探测是我国军事国防的重点发展方向，与之密切相关的太阳辐射计、星载光度计以及各种光谱仪器随着在轨时间的增加以及空间强辐射粒子的破坏，导致的器件性能发生漂移，因此为了保证上述在轨飞行的光谱仪器保持良好的工作性能，需要根据光谱仪器检测对象光谱的特征对其进行在轨光谱响应曲线定标。为保证定标效果，减小遥感探测器的测量误差，提高测量精度，应使定标光源(光谱分布可调光源)所发相对光谱功率分布与在轨仪器实际运行时所检测的目标光源达到最高的光谱匹配度(亦称光谱近似度)，对定标光谱光源与目标光源的光谱匹配度提出了很高的要求。
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)，具有安全、节能、体积小、重量轻、寿命长等多重特点，成功代替其他光源完成航天任务，充分显示了LED在空间应用的优越性和实用性。其所发光谱为窄带光谱，且不同峰值波长的产品非常丰富。因此利用光谱的叠加原理，不同峰值波长的多颗单色LED组成LED光谱分布可调光源阵列，理论上可以通过调节LED的辐射通量得到任意需要的光谱功率分布。然而现有技术制造出来的星载定标光谱光源匹配度不高、能量消耗大、效率低，不能满足星载定标光谱光源的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种安全的，与目标光源的光谱高度匹配的星载定标光谱光源的设计方法，能够完全覆盖650-1700nm波段，解决星载定标光谱光源与目标光源之间存在能量空隙问题，实现高精度匹配。
一种星载定标光谱光源的设计方法，包括以下步骤：
步骤101：挑选若干种可见光到近红外波段间的单色LED灯珠来建立初始光谱光源；
步骤102：基于步骤101得到的所述初始光谱光源，采用遗传算法求解得到适应度值最小的填充染色体，通过所述填充染色体控制所述单色LED灯珠输出强度实现所述初始光谱光源能量空隙的填充，获得填充光谱光源；
步骤103：基于步骤102得到的所述填充光谱光源，通过挑选若干种完全覆盖可见光到近红外波段间带通滤光镜组成的光谱光源滤除系统，采用所述遗传算法求解得到适应度值最小的滤除染色体，由适应度值最小的滤除染色体控制所述光谱光源滤除系统滤除所述填充光谱光源的多余能量，得到所述星载定标光谱光源。
进一步地，在步骤101中，所述若干种单色LED灯珠为a种，那么所述a种单色LED灯珠构成的所述初始光谱光源为
其中，Sj(λ)表示某一种单色LED光谱光源，nj表示某一种单色LED输出强度。
步骤102还包括如下步骤：
步骤201：根据所述初始光谱光源建立第一最小优化目标为
E1＝∑|e1(i)|
其中，选取所述可见光到近红外波段为650-1700nm并均分为若干段，e1(i)是第i个分段的第一惩罚误差，所述第一最小优化目标E1是所有分段的第一惩罚误差的绝对值之和；
第i个分段的所述第一惩罚误差为
其中，e50nm1(i)是第i个分段内的第一平均误差，P1是第一惩罚系数；
第i个分段内的所述第一平均误差为
其中，S0(λ)是上述所述初始光谱光源，P(λ)是目标光谱；
对于上述所述第一平均误差的绝对值在5％以内的分段，其所述第一惩罚误差为0，对于所述第一平均误差低于-5％的分段，其所述第一惩罚误差为其低于-5％部分的误差乘以第一惩罚系数P1，对于所述第一平均误差高于5％的分段，其所述第一惩罚误差即为所述第一平均误差；
步骤202：基于步骤201建立的所述第一最小优化目标，采用遗传算法求解适应度值最小的填充染色体并填充所述初始光谱光源的能量空隙。
步骤202具体包括：
步骤(1)：根据遗传算法对编码方式进行定义：单色LED输出强度nj转换为遗传算法中需要的编码串格式，编码过程采用二进制编码，nj用二进制串表示，将a个表示nj的二进制串首尾相接形成一个a段的染色体；定义nj为一个基因；
步骤(2)：生成初始种群1：在[0,10]范围内随机选取一组二进制串nj，形成一个所述染色体；重复形成所述染色体操作直至所述染色体数目达到种群数M，M个所述染色体组成一个初始种群1；
步骤(3)：适应度值计算：根据步骤201中的第一最小优化目标E1计算所述初始种群1中每条所述染色体的适应度值E1，E1即所述第一最小优化目标，根据编码方式将二进制编码转换为相应的单色LED输出强度，代入步骤201中的第一平均误差公式计算得到第一平均误差e50nm1(i)，再将e50nm1(i)代入第一惩罚误差公式得到第一惩罚误差e1(i)，再返回到第一最小优化目标E1计算得到第一最小优化目标E1；
步骤(4)：复制操作：建立一个优化种群1，所述优化种群1开始种群数为零；根据步骤(3)得到的适应度值E1，选取所述初始种群1中适应度值E1最小的染色体放入所述优化种群1中；
步骤(5)：交叉操作：按照设置的概率Pc进行交叉，随机选取所述优化种群1中的两条染色体，交换两条所述染色体的染色体段，产生两条新的染色体放入所述优化种群1中；
步骤(6)：变异操作：按照设置的概率Pm进行变异，随机选取所述优化种群1中的一条染色体，分别在该条染色体的a段中提取任意一个基因nj进行数值的再生成，将生成的染色体放入所述优化种群1中；
步骤(7)：补足操作：使用步骤(2)生成初始种群1的方法生成新的染色体，补足所述优化种群1中的染色体数至M；
步骤(8)：循环迭代计算：对步骤(3)～(7)进行循环迭代计算，需要多次计算染色体的适应度值；若当前迭代次数达到设置的迭代次数，输出循环迭代过程中适应度值最小的染色体，进入步骤103；否则返回步骤(3)，继续进行循环迭代计算。
根据步骤202得到的适应度值最小的染色体，得到以2550～31054K范围内普朗克能量为目标，经过能量填充后的填充光谱光源，根据nj的值，将所述各单色LED灯珠的输出强度调至nj，即得到填充能量空隙后的所述填充光谱光源。
进一步地，步骤103具体还包括如下步骤：
步骤301：根据步骤102得到的填充光谱光源，建立填充光谱光源的滤除系统，假设所述若干种带通滤光镜为b种并带有光阑，则所述填充光谱光源经过所述b种带通滤光镜过滤后得到的光谱光源为
其中，S0(λ)是所述初始光谱光源，mi是所述b种带通滤光镜光阑的开度，Fi(λ)是所述b种带通滤光镜的光学传递函数；
步骤302：根据步骤301得到的光谱光源S(λ)建立第二最小优化目标为
E2＝∑|e2(i)|
其中，选取所述可见光到近红外波段为650-1700nm波段并均分若干段，e2(i)是第i个分段的所述第二惩罚误差，所述第二最小优化目标E2是所有分段的第二惩罚误差的绝对值之和；
第i个分段的所述第二惩罚误差为
其中，e50nm2(i)是第i个分段内的第二平均误差，P2是第二惩罚系数；
第i个分段内的所述第二平均误差为
其中，S(λ)是上述所述光谱光源，P(λ)是所述目标光谱；
对于所述第二平均误差的绝对值在5％以内的分段，其所述第二惩罚误差为0，对于所述第二平均误差绝对值在5％以外的分段，其所述第二惩罚误差为其超出或低于部分的误差乘以第二惩罚系数P2；
步骤303：根据步骤302建立的第二最小优化目标，采用所述遗传算法求解并滤除所述填充光谱光源的多余能量。
步骤303具体包括：
步骤(一)：根据遗传算法对编码方式进行定义：带通滤光镜光阑开度mi转换为遗传算法中需要的编码串格式，编码过程采用二进制编码，mi用二进制串表示，将b个表示mi的二进制串首尾相接形成一个b段的染色体；定义mi为一个基因；
步骤(二)：生成初始种群2：在[0,10]范围内随机选取一组二进制串mi，形成一个所述染色体；重复形成所述染色体操作直至所述染色体数目达到种群数M，M个所述染色体组成一个初始种群2；
步骤(三)：适应度值计算：根据步骤302中的第二最小优化目标E2计算所述初始种群2中每条所述染色体的适应度值E2，E2即所述第二最小优化目标，根据编码方式将二进制编码转换为相应的带通滤光镜光阑开度，代入步骤302中的第二平均误差公式计算得到第二平均误差e50nm2(i)，再将e50nm2(i)代入第二惩罚误差公式得到第二惩罚误差e2(i)，再返回到第二最小优化目标E2计算得到第二最小优化目标E2；
步骤(四)：复制操作：建立一个优化种群2，所述优化种群2开始种群数为零；根据步骤(三)得到的适应度值E2，选取所述初始种群2中适应度值E2最小的染色体放入所述优化种群2中；
步骤(五)：交叉操作：按照设置的概率Pc进行交叉，随机选取所述优化种群2中的两条染色体，交换两条所述染色体的染色体段，产生两条新的染色体放入所述优化种群2中；
步骤(六)：变异操作：按照设置的概率Pm进行变异，随机选取所述优化种群2中的一条染色体，分别在该条染色体的b段中提取任意一个基因mi进行数值的再生成，将生成的染色体放入所述优化种群2中；
步骤(七)：补足操作：使用步骤(二)生成初始种群2的方法生成新的染色体，补足所述优化种群2中的染色体数至M；
步骤(八)：循环迭代计算：对步骤(三)～(七)进行循环迭代计算，需要多次计算染色体的适应度值；若当前迭代次数达到设置的迭代次数，输出循环迭代过程中适应度值最小的染色体，输出结果；否则返回步骤(三)，继续进行循环迭代计算。
根据步骤303得到的适应度值最小的染色体，根据mi的值来调节所述各个带通滤光镜上的光阑开度，即获得过滤多余能量后的所述星载定标光谱光源。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)提出的一种安全的、易于实现的，与目标光源的光谱高度匹配的星载定标光谱光源的设计方法，解决了使用单色LED灯珠合成的星载定标光谱光源存在能量空隙的问题。(2)由多颗单色LED灯珠和带通滤光镜组成，结构简单，仅仅通过控制各单色LED灯珠的发光强度和带通滤光镜上的光阑开度即可获得所需要的定标光谱光源，并且保证光源具有较高的匹配度及发光效率，可用于星载定标光源。
附图说明
图1是本发明星载定标光谱光源的设计方法的流程图；
图2是本发明的简易系统结构示意图；
图3是本发明实施例所用的所有的单色LED灯珠构成初始光谱光源；
图4是本发明实施例所用的所有的带通滤光镜的光谱光源分布图；
图5是通过本发明所获得的以3490K普朗克能量光谱为目标，经过填充能量空隙后的填充光谱光源；
图6是通过本发明所获得的以3490K普朗克能量光谱为目标，经过填充能量空隙和滤除多余能量后的滤除光谱光源。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
如图1-2所示，本发明提出了一种由多颗单色LED灯珠与多片带通滤光镜组成的安全、便捷、低成本、高匹配度的星载定标光谱光源设计方法，通过两步优化，采用遗传算法对初始光谱光源进行能量空隙填充和多余能量滤除，从而获得50nm内平均误差小于5％的星载定标光谱光源，具体包括如下步骤：
步骤101：通过挑选若干种(例如，27种)可见光到近红外波段间(例如，650-1700nm)的单色LED灯珠，建立由上述若干种所述单色LED灯珠构成的初始光谱光源(参照图3)；
步骤102：基于步骤101得到的所述初始光谱光源，采用遗传算法求解得到适应度值最小的填充染色体，通过所述填充染色体控制所述单色LED灯珠的输出强度实现所述初始光谱光源能量空隙的填充，获得填充光谱光源(参照图5)；
步骤103：基于步骤102得到的所述填充光谱光源，通过挑选若干种(例如，37种)完全覆盖可见光到近红外波段间(例如，650-1700nm)带通滤光镜组成的光谱光源滤除系统，采用所述遗传算法求解得到适应度值最小的滤除染色体，由适应度值最小的滤除染色体控制所述光谱光源滤除系统滤除所述填充光谱光源的多余能量，得到滤除光谱光源即所述星载定标光谱光源(参照图6)。
在步骤101中，a种(例如，a＝27)所述单色LED灯珠构成的初始光谱光源S0(λ)用公式(1)描述：
其中，Sj(λ)表示所述某一种单色LED光谱光源，nj表示所述某一种单色LED灯珠输出强度。
a种(例如，a＝27)所述单色LED灯珠构成的初始光谱光源即是所述初始光谱光源，经过填充能量空隙和滤除多余能量，即可得到所述星载定标光谱光源。
在步骤102中，首先采用遗传算法求解得到适应度值最小的填充染色体，然后通过所述填充染色体控制所述单色LED灯珠输出强度实现所述初始光谱光源能量空隙的填充。步骤102具体包括如下步骤：
步骤201：根据所述初始光谱光源建立第一最小优化目标，所述第一最小优化目标E1通过公式(2)表示：
E1＝∑|e1(i)| (2)
其中，将650-1700nm波段均分成c段(例如，以50nm为间隔均分为21段)，e1(i)表示第i个分段的第一惩罚误差，E1即是所有分段的所述第一惩罚误差的绝对值之和；
第i个分段的所述第一惩罚误差e1(i)，用公式(3)表示：
其中，e50nm1(i)是第i个分段内的第一平均误差，P1是第一惩罚系数；
第i个分段内的所述第一平均误差e50nm1(i)，用公式(4)表示：
其中，S0(λ)是上述所述初始光谱光源，P(λ)是目标光谱；
对于所述第一平均误差的绝对值在5％以内的分段，其所述第一惩罚误差为0，对于所述第一平均误差低于-5％的分段，其所述第一惩罚误差为其低于-5％部分的误差乘以第一惩罚系数P1(P1＝1000)，对于所述第一平均误差高于5％的分段，其所述第一惩罚误差即为所述第一平均误差；P(λ)是目标光谱，即2550～31054K范围内的普朗克能量光谱。
步骤202：基于步骤201建立的所述第一最小优化目标，采用遗传算法求解适应度值最小的填充染色体并填充所述初始光谱光源的能量空隙。
在步骤202中，采用步骤102中所述遗传算法计算得到适应度值最小的所述填充染色体，通过所述填充染色体实现所述初始光谱光源能量空隙的填充，获得填充光谱光源，具体实现过程包括如下步骤：
步骤(1)：根据遗传算法对编码方式进行定义：单色LED输出强度nj转换为遗传算法中需要的编码串格式，编码过程采用二进制编码，nj用二进制串表示，将a个(例如，a＝27)表示nj的二进制串首尾相接形成一个a段(例如，a＝27)的染色体；定义nj为一个基因；
步骤(2)：生成初始种群1：在[0,10]范围内随机选取一组二进制串nj，形成一个所述染色体；重复形成所述染色体操作直至所述染色体数目达到种群数M(例如，M＝40)，M个所述染色体组成一个初始种群1；
步骤(3)：适应度值计算：根据步骤201中的公式(2)计算所述初始种群1中每条所述染色体的适应度值E1，E1是所述第一最小优化目标，根据编码方式将二进制编码转换为相应的单色LED输出强度，代入步骤201中的公式(4)计算得到第一平均误差e50nm1(i)，再将e50nm1(i)代入公式(3)得到第一惩罚误差e1(i)，再返回到公式(2)计算得到第一最小优化目标E1；
步骤(4)：复制操作：建立一个优化种群1，所述优化种群1开始种群数为零；根据步骤(3)得到的适应度值E1，选取所述初始种群1中适应度值E1最小的染色体放入所述优化种群1中；
步骤(5)：交叉操作：按照设置的概率Pc＝0.7进行交叉，随机选取所述优化种群1中的两条染色体，交换两条所述染色体的染色体段，产生两条新的染色体放入所述优化种群1中；
步骤(6)：变异操作：按照设置的概率Pm＝0.7进行变异，随机选取所述优化种群1中的一条染色体，分别在该条染色体的a(例如，a＝27)段中提取任意一个基因nj进行数值的再生成，将生成的染色体放入所述优化种群1中；
步骤(7)：补足操作：使用步骤(2)生成初始种群1的方法生成新的染色体，补足所述优化种群1中的染色体数至M(例如，M＝40)；
步骤(8)：循环迭代计算：对步骤(3)～(7)进行循环迭代计算，需要多次计算染色体的适应度值；若当前迭代次数达到设置的迭代次数，输出循环迭代过程中适应度值最小的染色体，进入步骤103；否则返回步骤(3)，继续进行循环迭代计算。
根据步骤202得到的适应度值最小的染色体(包含nj的值)，得到以2550～31054K范围内普朗克能量为目标，经过能量填充后的填充光谱光源，根据nj的值，将所述各单色LED灯珠的输出强度调至nj，即得到填充能量空隙后的所述填充光谱光源(参照图5)。
在步骤103中，采用光谱光源滤除系统过滤所述填充光谱光源的多余能量获得滤除光谱光源。步骤103具体还包括如下步骤：
步骤301：根据步骤102得到的填充光谱光源，建立填充光谱光源的滤除系统。假设所述带通滤光镜为b(例如，b＝37)种并带有光阑，则所述填充光谱光源经过b(例如，b＝37)种所述带通滤光镜过滤后得到的光谱光源用公式(5)描述：
其中，S0(λ)是所述初始光谱光源，mi是所述b种带通滤光镜光阑的开度，Fi(λ)是所述b种带通滤光镜的光学传递函数；
如图4所示，通过挑选b(例如，b＝37)种能完全覆盖650-1700nm波段的所述带通滤光镜，建立由b(例如，b＝37)种所述带通滤光镜组成的光谱光源滤除系统。
步骤302：根据步骤301得到的光谱光源S(λ)建立第二最小优化目标，所述第二最小优化目标E2通过公式(6)描述：
E2＝∑|e2(i)| (6)
其中，将650-1700nm波段均分成d段(例如，以50nm为间隔均分21段)，e2(i)是第i个分段的所述第二惩罚误差，E2即是所有分段的第二惩罚误差的绝对值之和。
第i个分段的所述第二惩罚误差e2(i)，用公式(7)描述：
其中，e50nm2(i)是第i个分段内的第二平均误差，P2是第二惩罚系数；
第i个分段的所述第二平均误差e50nm2(i)，用公式(8)描述：
其中，S(λ)是上述所述光谱光源，P(λ)是所述目标光谱；
对于所述第二平均误差的绝对值在5％以内的分段，其所述第二惩罚误差为0，对于所述第二平均误差绝对值在5％以外的分段，其所述第二惩罚误差为其超出或低于部分的误差乘以第二惩罚系数P2(P2＝1000)；P(λ)是目标光谱，即2550～31054K范围内的普朗克能量光谱。
步骤303：根据步骤302建立的第二最小优化目标，采用所述遗传算法求解并滤除所述填充光谱光源的多余能量；
在步骤303中，通过所述遗传算法计算得到适应度值最小的所述滤除染色体，通过所述滤除染色体实现所述填充光谱光源多余能量的滤除，获得滤除光谱光源分布图，具体实现过程包括如下步骤：
步骤(一)：根据遗传算法对编码方式进行定义：带通滤光镜光阑开度mi转换为遗传算法中需要的编码串格式，编码过程采用二进制编码，mi用二进制串表示，将b(例如，b＝37)个表示mi的二进制串首尾相接形成一个b(例如，b＝37)段的染色体；定义mi为一个基因；
步骤(二)：生成初始种群2：在[0,10]范围内随机选取一组二进制串mi，形成一个所述染色体；重复形成所述染色体操作直至所述染色体数目达到种群数M(例如，M＝40)，M个所述染色体组成一个初始种群2；
步骤(三)：适应度值计算：根据步骤302中的公式(6)计算所述初始种群2中每条所述染色体的适应度值E2，E2即所述第二最小优化目标，根据编码方式将二进制编码转换为相应的带通滤光镜光阑开度，代入步骤302中的公式(8)计算得到第二平均误差e50nm2(i)，再将e50nm2(i)代入公式(7)得到第二惩罚误差e2(i)，再返回到公式(6)计算得到第二最小优化目标E2；
步骤(四)：复制操作：建立一个优化种群2，所述优化种群2开始种群数为零；根据步骤(三)得到的适应度值E2，选取所述初始种群2中适应度值E2最小的染色体放入所述优化种群2中；
步骤(五)：交叉操作：按照设置的概率Pc＝0.7进行交叉，随机选取所述优化种群2中的两条染色体，交换两条所述染色体的染色体段，产生两条新的染色体放入所述优化种群2中；
步骤(六)：变异操作：按照设置的概率Pm＝0.7进行变异，随机选取所述优化种群2中的一条染色体，分别在该条染色体的b(例如，b＝37)段中提取任意一个基因mi进行数值的再生成，将生成的染色体放入所述优化种群2中；
步骤(七)：补足操作：使用步骤(二)生成初始种群2的方法生成新的染色体，补足所述优化种群2中的染色体数至M(例如，M＝40)；
步骤(八)：循环迭代计算：对步骤(三)～(七)进行循环迭代计算，需要多次计算染色体的适应度值；若当前迭代次数达到设置的迭代次数，输出循环迭代过程中适应度值最小的染色体，输出结果；否则返回步骤(三)，继续进行循环迭代计算。
根据步骤303得到的适应度值最小的染色体(包含mi的值)，根据mi的值来调节所述各个带通滤光镜上的光阑开度，即获得过滤多余能量后的所述滤除光谱光源。如图5所示，此时所述滤除光谱光源已达到要求且50nm内的与3490K普朗克能量光谱的平均误差小于等于5％。
本发明的方法主要关键点在于：
(1)所述星载定标光谱光源，主要由所述多颗单色LED灯珠和所述带通虑光镜组成，结构简单，器件制造难度低，成本低，安全，易于实现。
(2)所述多颗单色LED灯珠的输出强度根据所述目标光谱光源要求可以精确控制，输出强度调节范围大。
(3)所述带通虑光镜上带有光阑，所述光阑的开度根据所述目标光谱光源要求可以精确控制，所述光阑的开度调节范围很大。
(4)所述星载定标光谱光源采用所述遗传算法实现，算法成熟，准确率高，容易实现。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)提出的一种安全的、易于实现的，与目标光源的光谱高度匹配的星载定标光谱光源的设计方法，解决了使用单色LED灯珠合成的星载定标光谱光源存在能量空隙的问题。(2)由多颗单色LED灯珠和带通滤光镜组成，结构简单，仅仅通过控制各单色LED灯珠的发光强度和带通滤光镜上的光阑开度即可获得所需要的定标光谱光源，并且保证光源具有较高的匹配度及发光效率，可用于星载定标光源。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种星载定标光谱光源的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤101：挑选若干种可见光到近红外波段间的单色LED灯珠来建立初始光谱光源；
步骤102：基于步骤101得到的所述初始光谱光源，采用遗传算法求解得到适应度值最小的填充染色体，通过所述填充染色体控制所述单色LED灯珠输出强度实现所述初始光谱光源能量空隙的填充，获得填充光谱光源；
步骤103：基于步骤102得到的所述填充光谱光源，通过挑选若干种完全覆盖可见光到近红外波段间带通滤光镜组成的光谱光源滤除系统，采用所述遗传算法求解得到适应度值最小的滤除染色体，由适应度值最小的滤除染色体控制所述光谱光源滤除系统滤除所述填充光谱光源的多余能量，得到所述星载定标光谱光源。
2.如权利要求1所述的星载定标光谱光源的设计方法，其特征在于：在步骤101中，所述若干种单色LED灯珠为a种，那么所述a种单色LED灯珠构成的所述初始光谱光源为
其中，Sj(λ)表示某一种单色LED光谱光源，nj表示某一种单色LED输出强度。
3.如权利要求1所述的星载定标光谱光源的设计方法，其特征在于：步骤102还包括如下步骤：
步骤201：根据所述初始光谱光源建立第一最小优化目标为
E1＝∑|e1(i)|
其中，选取所述可见光到近红外波段为650-1700nm并均分为若干段，e1(i)是第i个分段的第一惩罚误差，所述第一最小优化目标E1是所有分段的第一惩罚误差的绝对值之和；
第i个分段的所述第一惩罚误差为
其中，e50nm1(i)是第i个分段内的第一平均误差，P1是第一惩罚系数；
第i个分段内的所述第一平均误差为
其中，S0(λ)是上述所述初始光谱光源，P(λ)是目标光谱；
对于上述所述第一平均误差的绝对值在5％以内的分段，其所述第一惩罚误差为0，对于所述第一平均误差低于-5％的分段，其所述第一惩罚误差为其低于-5％部分的误差乘以第一惩罚系数P1，对于所述第一平均误差高于5％的分段，其所述第一惩罚误差即为所述第一平均误差；
步骤202：基于步骤201建立的所述第一最小优化目标，采用遗传算法求解适应度值最小的填充染色体并填充所述初始光谱光源的能量空隙。
4.如权利要求3所述的星载定标光谱光源的设计方法，其特征在于：步骤202具体包括：
步骤(1)：根据遗传算法对编码方式进行定义：单色LED输出强度nj转换为遗传算法中需要的编码串格式，编码过程采用二进制编码，nj用二进制串表示，将a个表示nj的二进制串首尾相接形成一个a段的染色体；定义nj为一个基因；
步骤(2)：生成初始种群1：在[0,10]范围内随机选取一组二进制串nj，形成一个所述染色体；重复形成所述染色体操作直至所述染色体数目达到种群数M，M个所述染色体组成一个初始种群1；
步骤(3)：适应度值计算：根据步骤201中的第一最小优化目标E1计算所述初始种群1中每条所述染色体的适应度值E1，E1即所述第一最小优化目标，根据编码方式将二进制编码转换为相应的单色LED输出强度，代入步骤201中的第一平均误差公式计算得到第一平均误差e50nm1(i)，再将e50nm1(i)代入第一惩罚误差公式得到第一惩罚误差e1(i)，再返回到第一最小优化目标E1计算得到第一最小优化目标E1；
步骤(4)：复制操作：建立一个优化种群1，所述优化种群1开始种群数为零；根据步骤(3)得到的适应度值E1，选取所述初始种群1中适应度值E1最小的染色体放入所述优化种群1中；
步骤(5)：交叉操作：按照设置的概率Pc进行交叉，随机选取所述优化种群1中的两条染色体，交换两条所述染色体的染色体段，产生两条新的染色体放入所述优化种群1中；
步骤(6)：变异操作：按照设置的概率Pm进行变异，随机选取所述优化种群1中的一条染色体，分别在该条染色体的a段中提取任意一个基因nj进行数值的再生成，将生成的染色体放入所述优化种群1中；
步骤(7)：补足操作：使用步骤(2)生成初始种群1的方法生成新的染色体，补足所述优化种群1中的染色体数至M；
步骤(8)：循环迭代计算：对步骤(3)～(7)进行循环迭代计算，需要多次计算染色体的适应度值；若当前迭代次数达到设置的迭代次数，输出循环迭代过程中适应度值最小的染色体，进入步骤103；否则返回步骤(3)，继续进行循环迭代计算。
5.如权利要求4所述的一种星载定标光谱光源的设计方法，其特征在于：根据步骤202得到的适应度值最小的染色体，得到以2550～31054K范围内普朗克能量为目标，经过能量填充后的填充光谱光源，根据nj的值，将所述各单色LED灯珠的输出强度调至nj，即得到填充能量空隙后的所述填充光谱光源。
6.如权利要求1所述的一种星载定标光谱光源的设计方法，其特征在于：步骤103具体还包括如下步骤：
步骤301：根据步骤102得到的填充光谱光源，建立填充光谱光源的滤除系统，假设所述若干种带通滤光镜为b种并带有光阑，则所述填充光谱光源经过所述b种带通滤光镜过滤后得到的光谱光源为
其中，S0(λ)是所述初始光谱光源，mi是所述b种带通滤光镜光阑的开度，Fi(λ)是所述b种带通滤光镜的光学传递函数；
步骤302：根据步骤301得到的光谱光源S(λ)建立第二最小优化目标为
E2＝∑|e2(i)|
其中，选取所述可见光到近红外波段为650-1700nm波段并均分若干段，e2(i)是第i个分段的所述第二惩罚误差，所述第二最小优化目标E2是所有分段的第二惩罚误差的绝对值之和；
第i个分段的所述第二惩罚误差为
其中，e50nm2(i)是第i个分段内的第二平均误差，P2是第二惩罚系数；
第i个分段内的所述第二平均误差为
其中，S(λ)是上述所述光谱光源，P(λ)是所述目标光谱；
对于所述第二平均误差的绝对值在5％以内的分段，其所述第二惩罚误差为0，对于所述第二平均误差绝对值在5％以外的分段，其所述第二惩罚误差为其超出或低于部分的误差乘以第二惩罚系数P2；
步骤303：根据步骤302建立的第二最小优化目标，采用所述遗传算法求解并滤除所述填充光谱光源的多余能量。
7.如权利要求6所述的一种星载定标光谱光源的设计方法，其特征在于：步骤303具体包括：
步骤(一)：根据遗传算法对编码方式进行定义：带通滤光镜光阑开度mi转换为遗传算法中需要的编码串格式，编码过程采用二进制编码，mi用二进制串表示，将b个表示mi的二进制串首尾相接形成一个b段的染色体；定义mi为一个基因；
步骤(二)：生成初始种群2：在[0,10]范围内随机选取一组二进制串mi，形成一个所述染色体；重复形成所述染色体操作直至所述染色体数目达到种群数M，M个所述染色体组成一个初始种群2；
步骤(三)：适应度值计算：根据步骤302中的第二最小优化目标E2计算所述初始种群2中每条所述染色体的适应度值E2，E2即所述第二最小优化目标，根据编码方式将二进制编码转换为相应的带通滤光镜光阑开度，代入步骤302中的第二平均误差公式计算得到第二平均误差e50nm2(i)，再将e50nm2(i)代入第二惩罚误差公式得到第二惩罚误差e2(i)，再返回到第二最小优化目标E2计算得到第二最小优化目标E2；
步骤(四)：复制操作：建立一个优化种群2，所述优化种群2开始种群数为零；根据步骤(三)得到的适应度值E2，选取所述初始种群2中适应度值E2最小的染色体放入所述优化种群2中；
步骤(五)：交叉操作：按照设置的概率Pc进行交叉，随机选取所述优化种群2中的两条染色体，交换两条所述染色体的染色体段，产生两条新的染色体放入所述优化种群2中；
步骤(六)：变异操作：按照设置的概率Pm进行变异，随机选取所述优化种群2中的一条染色体，分别在该条染色体的b段中提取任意一个基因mi进行数值的再生成，将生成的染色体放入所述优化种群2中；
步骤(七)：补足操作：使用步骤(二)生成初始种群2的方法生成新的染色体，补足所述优化种群2中的染色体数至M；
步骤(八)：循环迭代计算：对步骤(三)～(七)进行循环迭代计算，需要多次计算染色体的适应度值；若当前迭代次数达到设置的迭代次数，输出循环迭代过程中适应度值最小的染色体，输出结果；否则返回步骤(三)，继续进行循环迭代计算。
8.如权利要求7所述的一种星载定标光谱光源的设计方法，其特征在于：根据步骤303得到的适应度值最小的染色体，根据mi的值来调节所述各个带通滤光镜上的光阑开度，以获得过滤多余能量后的所述星载定标光谱光源。
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