CN113589318A - 一种星载红外凝视相机入瞳辐射图像仿真方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种星载红外凝视相机入瞳辐射图像仿真方法，包含：在星载红外凝视相机的视场范围内，根据相机的光学系统参数，随机生成视线矢量；判断视线矢量与地球表面的交点；通过比较交点处的大气透过率和随机数，判断视线矢量是否被大气吸收或透射；通过比较交点处的地表发射率和随机数，判断视线矢量是否被吸收或反射；根据成像时间信息、交点经纬度信息，计算交点处的地表太阳辐照度；根据相机视场中每根视线矢量与地表交点的地表温度、地表处的太阳辐照度、地表发射率、地表反射率及相机工作波段，确定相机视场中地表的红外辐射分布，生成相机入瞳处的辐射图像。本发明为天基红外遥感图像仿真提供一种快速、低成本的仿真方法。

Description

一种星载红外凝视相机入瞳辐射图像仿真方法
技术领域
本发明涉及红外遥感图像仿真技术领域，特别涉及一种基于蒙特卡洛方法的星载红外凝视相机入瞳辐射图像仿真方法。
背景技术
天基红外遥感技术是国土资源勘察、热点区域监视的常用技术手段之一，对国民经济发展和军事技术应用具有重要意义。搭载在卫星平台上的红外相机是天基红外遥感技术的关键核心部件，在进行星载红外相机论证设计时，需要大量的地表辐射图像作为设计输入。因此，发明一种快速、低成本的星载红外凝视相机入瞳处辐射图像仿真方法具有重要意义。
天基红外遥感图像仿真可以分为星载相机视场分景和视场内辐射仿真两大步骤。就星载相机视场分景方法而言，目前常用的方法为基于WRS参考系的分景算法。WRS全称Worldwide Reference System，是依据卫星轨道的重复特征，结合星下点的轨迹特性而形成的固定地面参考网格，便于陆地卫星数据查询管理。
然而，基于WRS参考系进行卫星分景存在一定的弊端：(1)公开的WRS参考系的坐标网格参数由Landsat系列卫星的轨道参数计算得到，直接将该WRS坐标网格参数用于分景算法中存在较大误差；(2)若根据每颗卫星的轨道参数重新构建适用于单颗卫星的WRS网格模型，工作量巨大。除了基于WRS参考系的分景方法外，近年来基于严密成像几何模型的星载相机视场分景方法也得到应用。
另外的一种仿真方法是根据光学遥感卫星的像点坐标与卫星的几何关系、卫星相机位置和卫星成像角度构建卫星相机各像点的共线方程，得到光学遥感图像的像点坐标与地面坐标的严密几何关系。采用严密成像几何模型进行视场分景需要事先从相机载荷研制单位获取相机的成像机理、光学系统参数等，给用户带来不便。就视场内辐射仿真方法而言，目前常用的方法为基于各类背景辐射数据库，通过简单叠加视场内各类种辐射生成入瞳辐射图像。
综上所述，在红外遥感图像仿真技术领域，现有的仿真方法大都基于WRS参考系或通过几何解算求解每条射线的参数进行视场分景，然后通过查找已有的数据库获得不同辐射源的辐射，再通过简单叠加视场内各种辐射能量生成辐射图像。采用上述方法仿真生成辐射图像时存在以下三点不足：
(1)基于WRS参考系进行视场分景时，直接将该WRS坐标网格参数用于卫星的分景算法中存在较大误差；
(2)通过查找已有的数据库获得不同辐射源的辐射需要事先准备全球范围内的地球环境数据库、大气临边红外辐射数据库、地球地表红外辐射数据库、云层红外辐射数据库等各类背景的红外辐射特性数据库，具有一定困难；此外，各类背景辐射随时相、天气、光照的变化而不同，采用固定的背景红外特性数据库计算背景辐射存在较大误差；
(3)仿真生成辐射图像时，对每个像元的辐射计算均需要查询上述各类数据库，计算量庞大，图像生成速度慢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种星载红外凝视相机入瞳辐射图像仿真方法，用以解决现有的仿真方法中存在较大误差，计算量庞大，图像生成速度慢的问题。
为了解决上述问题，本发明通过以下技术方案实现：
一种星载红外凝视相机入瞳辐射图像仿真方法，包括：
步骤S1、在星载红外凝视相机的视场范围内，根据相机的光学系统参数，随机生成视线矢量；
步骤S2、根据视线矢量方程和地球椭球方程，判断所述视线矢量与地球表面的交点，计算交点的经纬度信息；
步骤S3、根据所述的交点的经纬度信息计算交点处的大气透过率，通过比较交点处的大气透过率和随机数，判断所述视线矢量是否被大气吸收或透射；
步骤S4、根据所述交点的经纬度信息，结合典型地表类型数据库，确定所述交点处的地表类型和地表发射率，通过比较所述交点处的地表发射率和随机数，判断所述视线矢量是否被吸收或反射；
步骤S5、根据成像时间信息、交点经纬度信息，计算交点处的地表太阳辐照度；
步骤S6、根据所述星载红外凝视相机的视场范围中每根所述视线矢量与地表交点的地表温度、地表处的太阳辐照度、地表发射率、地表反射率及星载红外凝视相机工作波段，确定所述视场范围中地表的红外辐射分布，生成所述星载红外凝视相机入瞳处的地表辐射图像。
可选地，所述步骤S1包括：
采用随机数生成方法生成[0,1]间均匀分布的随机数r1、r2；
根据所述随机数r1、r2确定所述视线矢量与视场轴线的水平夹角β和竖直夹角α，计算公式为：
Figure BDA0003189669220000031
其中，FOVy和FOVx分别为凝视相机水平和竖直方向的视场角；
随机生成的所述视线矢量的数量N大于所述星载红外凝视相机的分辨率。
可选地，所述步骤S2包括：
根据所述视线矢量与视场轴线的水平夹角β和竖直夹角α确定所述视线矢量的表达式：
Figure BDA0003189669220000032
其中，
Figure BDA0003189669220000033
分别为卫星本体坐标系到地心固连坐标系沿X、Y、Z轴的初等旋转矩阵；xs、ys、zs为地心固连坐标系下卫星位置坐标；
Figure BDA0003189669220000034
Figure BDA0003189669220000035
为地心固连坐标系下X、Y、Z轴的单位向量。
所述视线矢量与地球表面的交点坐标通过联列视线矢量方程和地球椭球方程求解得到；
将所述的地心固连坐标系下的交点坐标近似转换为大地坐标系下交点经纬度坐标，转换公式为
Figure BDA0003189669220000041
其中，L、B为大地坐标系下交点的经度和纬度；x、y、z为地心固连坐标系下交点的坐标位置；
Figure BDA0003189669220000042
为地球的第二偏心率。
可选地，所述步骤S3包括：
采用所述随机数生成方法生成[0,1]间均匀分布的随机数r3；
根据所述交点的经纬度信息，结合大气传输模型和角度信息，计算得到大气透过率τ；
若r3＞τ，则所述条随机视线穿透大气，没有被大气吸收，则进入所述步骤S4；
若r3＜τ，则所述随机视线被大气完全吸收，所述随机视线消亡，不执行所述步骤S4。
可选地，所述步骤S4包括：
根据所述交点的经纬度信息查询所述典型地表类型数据库，得到交点处的地表类型和发射率ε；其中，所述典型地表类型数据库包含全球范围内的经度、纬度、地表类型及发射率信息，且经纬度分辨率不低于凝视相机的空间分辨率；
采用所述随机数生成方法生成[0,1]间均匀分布的随机数r4；
若r4＞ε，则所述随机视线被吸收，其交点处地表的辐射可以在星载红外凝视相机的视场范围中显示；
若r4＜ε，则所述随机视线被反射，所述随机视线消亡；
对于被地表吸收的随机视线，其交点处地表的反射率γ为
γ＝1-ε。
可选地，所述步骤S5包括：
根据成像时间信息计算太阳赤纬角
Figure BDA0003189669220000043
其中，δ为太阳赤纬角；n为成像当天在当年的天数；
根据所述交点的经纬度信息计算太阳高度角
sinθ＝sinBsinδ+cosBcosω
其中，θ为太阳高度角；ω为本地时角；
根据所述太阳高度角计算所述交点处的地表太阳辐照度
E＝Csun cosθ
其中，E为交点处的地表太阳辐照度；Csun为太阳常数。
可选地，所述步骤S6包括：所述随机视线的交点处的地表辐射亮度为
Figure BDA0003189669220000051
其中，c1为第一辐射常数，c1＝3.7415×108W·μm4/m2；c2为第二辐射常数，c2＝1.4388×104μm·K；T为地表温度，假设为300K；λ1和λ2分别为星载红外凝视相机的起始和终止工作波段；
计算N条所述视线矢量与地表交点处的地表辐射亮度，生成所述星载红外凝视相机入瞳处的所述地表辐射图像。
可选地，所述随机数生成方法为马特赛特旋转演算法。
另一方面，本发明还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上文所述的方法。
再一方面，本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上文所述的方法。
本发明至少具有以下优点之一：
(1)本发明适用范围广，卫星视场分景不依赖于WRS参考系，而是根据卫星位置和有限的光学系统参数构建一般性的严密成像模型，能够应用于一般性的星载红外凝视相机的视场确定。
(2)本发明没有与现有的仿真方法一样逐一对每个像元的辐射进行计算，而是基于蒙特卡洛思想随机生成大量的射线矢量，通过追踪大量射线的传输过程，统计有辐射贡献的射线生成辐射图像，是一种新的遥感图像仿真方法。
(3)本发明针对每一条随机视线矢量，没有求解描述具体物理过程的辐射传输方程和壁面边界条件方程，而是通过简单比较随机数和大气透过率、地表发射率确定单条射线的生存和消亡，再通过大量射线的统计实现宏观的大气衰减和地表发射/反射特性的表征，仿真图像生成速度快且具有较高置信度。
(4)本发明在相机视场内的背景辐射仿真时考虑了地表自身辐射和太阳反射，且包含了太阳反射随时间变化的影响，仿真结果具有较高的置信度。
综上，本发明基于蒙特卡洛方法的思想，通过随机数描述相机视场内的视线矢量生成、视线矢量的大气衰减/投射、视线矢量的地表吸收/反射，统计确定能够在入瞳处显示的视线矢量，综合考虑地表自身辐射和太阳反射，仿真生成相机入瞳处的辐射图像，为天基红外遥感图像仿真提供一种快速、低成本的仿真方法。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种星载红外凝视相机入瞳辐射图像仿真方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例提供的一种星载红外凝视相机观测视场中随机生成的视线矢量的示意图；
图3是本发明一实施例提供的视线矢量与地表交点示意图；
图4是本发明一实施例提供的典型地表类型数据库GlobalCover2009的直观显示图；
图5是本发明一实施例提供的采用如图1所述的仿真方法仿真生成的凝视相机入瞳处的辐射图像示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种星载红外凝视相机入瞳辐射图像仿真方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
如图1所示，本实施例提供的一种星载红外凝视相机入瞳辐射图像仿真方法，包括：
步骤S1、在星载红外凝视相机的视场范围内，根据相机的光学系统参数，随机生成视线矢量。
所述步骤S1包括：采用随机数生成方法生成[0,1]间均匀分布的随机数r1、r2；根据所述随机数r1、r2确定所述视线矢量与视场轴线的水平夹角β和竖直夹角α，计算公式为：
Figure BDA0003189669220000071
其中，FOVy和FOVx分别为凝视相机水平和竖直方向的视场角；
随机生成的所述视线矢量的数量N大于所述星载红外凝视相机的分辨率。
图2为星载红外凝视相机观测视场中生成随机视线矢量的示意图。如图2所示，FOVy和FOVx分别为凝视相机水平和竖直方向的视场角。在本实施例中，假定凝视相机的水平和竖直方向的半视场角FOVy和FOVx分别为0.18rad和0.09rad，相机视场轴线指向地心(星下点)。在该视场中随机生成8×107条视线，其中第n条视线与视场轴线的水平夹角和竖直夹角分别为β、α。
图3是随机视线矢量与地表交点示意图。如图3所示，地心固连坐标系原点为地心O，ZECEF轴指向北极，XECEF轴指向零度经线与赤道交点，YECEF轴与XECEF轴和ZECEF轴构成右手坐标系。本实施例中，地心固连坐标系选取CGCS2000坐标系，假定卫星为地球同步轨道卫星，其轨道真近角Φ为106°，卫星在地心固连坐标系下的位置坐标(xs,ys,zs)为(-1.3×107，4.0×107，0)。
步骤S2、根据视线矢量方程和地球椭球方程，判断所述视线矢量与地球表面的交点，计算交点的经纬度信息。
所述步骤S2包括：根据所述视线矢量与视场轴线的水平夹角β和竖直
夹角α，以及卫星位置，确定所述视线矢量的表达式：
Figure BDA0003189669220000081
其中，
Figure BDA0003189669220000082
分别为卫星本体坐标系到地心固连坐标系沿X、Y、Z轴的初等旋转矩阵；xs、ys、zs为地心固连坐标系下卫星位置坐标；
Figure BDA0003189669220000083
Figure BDA0003189669220000084
为地心固连坐标系下X、Y、Z轴的单位向量。
Figure BDA0003189669220000085
其中，[Vx，Vy，Vz]T表示地心固连坐标系下的视线矢量，Vx、Vy、Vz分别为视线矢量在地心固连坐标系X、Y、Z轴的分量。
所述视线矢量与地球表面的交点坐标通过联列视线矢量方程和地球椭球方程求解得到；
具体的，本发明的实施例中，则通过联列求解下列方程组可以计算出视线矢量与地表交点的空间坐标(x,y,z)；
Figure BDA0003189669220000086
将所述的地心固连坐标系下的交点坐标近似转换为大地坐标系下交点经纬度坐标，转换公式为
Figure BDA0003189669220000087
其中，L、B为大地坐标系下交点的经度和纬度；x、y、z为地心固连坐标系下交点的坐标位置；
Figure BDA0003189669220000088
为地球的第二偏心率。
步骤S3、根据所述的交点的经纬度信息计算交点处的大气透过率，通过比较交点处的大气透过率和随机数，判断所述视线矢量是否被大气吸收或透射。
所述步骤S3包括：采用所述随机数生成方法生成[0,1]间均匀分布的随机数r3；
根据所述交点的经纬度信息，结合大气传输模型和角度信息，计算得到大气透过率τ；
比较随机数r3与大气透过率τ的大小，若r3＞τ，则所述条随机视线穿透大气，没有被大气吸收，则进入所述步骤S4；
若r3＜τ，则所述随机视线被大气完全吸收，所述随机视线消亡，不执行所述步骤S4。
步骤S4、根据所述交点的经纬度信息，结合典型地表类型数据库，确定所述交点处的地表类型和地表发射率，通过比较所述交点处的地表发射率和随机数，判断所述视线矢量是否被吸收或反射。
所述步骤S4包括：根据所述交点的经纬度信息查询所述典型地表类型数据库，得到交点处的地表类型和发射率ε；其中，所述典型地表类型数据库包含全球范围内的经度、纬度、地表类型及发射率信息，且经纬度分辨率不低于凝视相机的空间分辨率。
具体的，本步骤中所使用的典型地表类型数据库应包含全球范围内的经度、纬度、地表类型及发射率信息。本实施例中，采用的典型地表类型数据库为ESA和UCL联合开发的GlobalCover2009，其直观展示如图4所示，图中每一点均包含经度、纬度、地表类型和发射率信息。根据步骤S2中所述的交点经度L和纬度B可以查询处该交点处的地表发射率为ε。
采用所述随机数生成方法生成[0,1]间均匀分布的随机数r4；
比较发射率ε和随机数r4大小，若r4＞ε，则所述随机视线被吸收，其交点处地表的辐射可以在星载红外凝视相机的视场范围中显示；
若r4＜ε，则所述随机视线被反射，所述随机视线消亡；
对于被地表吸收的随机视线，其交点处地表的反射率γ为
γ＝1-ε (6)
步骤S5、根据成像时间信息、交点经纬度信息，计算交点处的地表太阳辐照度。
所述步骤S5包括：根据成像时间信息计算太阳赤纬角
Figure BDA0003189669220000101
其中，δ为太阳赤纬角；n为成像当天在当年的天数；
在本实施例中，假定卫星观测成像时间为6月1日上午10时，红外凝视相机的工作波段为2.6μm～2.9μm，则太阳赤纬角δ可以计算得到
Figure BDA0003189669220000102
根据所述交点的经纬度信息计算太阳高度角
sinθ＝sinBsinδ+cosBcosω (9)
其中，θ为太阳高度角；ω为本地时角；
具体的，在本实施例中，根据第(i，j)个像元视线矢量与地表交点的经纬度信息计算此处的太阳高度角θ如下：
sinθ＝sinBsin21.9°+cosBcos(-30°) (10)
根据所述太阳高度角计算所述交点处的地表太阳辐照度
E＝Csuncosθ (11)
其中，E为交点处的地表太阳辐照度；Csun为太阳常数。
在本实施例中，根据太阳高度角θ计算地表处在相机工作波段2.6μm～2.9μm波长范围内的辐照度E
E＝7.93×106cosθ (12)
步骤S6、根据所述星载红外凝视相机的视场范围中每根所述视线矢量与地表交点的地表温度、地表处的太阳辐照度、地表发射率、地表反射率及星载红外凝视相机工作波段，确定所述视场范围中地表的红外辐射分布，生成所述星载红外凝视相机入瞳处的地表辐射图像。
所述步骤S6包括：所述随机视线的交点处的地表辐射亮度为
Figure BDA0003189669220000103
其中，c1为第一辐射常数，c1＝3.7415×108W·μm4/m2；c2为第二辐射常数，c2＝1.4388×104μm·K；T为地表温度，假设为300K；λ1和λ2分别为星载红外凝视相机的起始和终止工作波段；
在本实施例中，计算随机视线交点处地表辐射亮度；本发明的实施例中，假定红外凝视相机的工作波段为2.6μm～2.9μm，地表平均温度为300K，则交点处的地表辐射亮度为：
Figure BDA0003189669220000111
计算N条所述视线矢量与地表交点处的地表辐射亮度，生成所述星载红外凝视相机入瞳处的所述地表辐射图像。
具体的是，通过编程循环遍历步骤S1中随机生成的8×107条射线(视线矢量)，跟踪每条随机视线(视线矢量)的产生和消亡过程，生成本发明实施例中的相机入瞳处的辐射图像(辐射亮度图像)，如图5所示。
在本实施例中所述随机数生成方法为马特赛特旋转演算法，但不以此为限。
另一方面，本发明还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上文所述的方法。
再一方面，本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上文所述的方法。
综上所述，(1)本实施例适用范围广，卫星视场分景不依赖于WRS参考系，而是根据卫星位置和有限的光学系统参数构建一般性的严密成像模型，能够应用于一般性的星载红外凝视相机的视场确定；
(2)本本实施例没有与现有的仿真方法一样逐一对每个像元的辐射进行计算，而是基于蒙特卡洛思想随机生成大量的射线矢量，通过追踪大量射线的传输过程，统计有辐射贡献的射线生成辐射图像，是一种新的遥感图像仿真方法；
(3)本本实施例针对每一条随机视线矢量，没有求解描述具体物理过程的辐射传输方程和壁面边界条件方程，而是通过简单比较随机数和大气透过率、地表发射率确定单条射线的生存和消亡，再通过大量射线的统计实现宏观的大气衰减和地表发射/反射特性的表征，仿真图像生成速度快且具有较高置信度；
(4)本本实施例在相机视场内的背景辐射仿真时考虑了地表自身辐射和太阳反射，且包含了太阳反射随时间变化的影响，仿真结果具有较高的置信度。
综上，本本实施例基于蒙特卡洛方法的思想，通过随机数描述相机视场内的视线矢量生成、视线矢量的大气衰减/投射、视线矢量的地表吸收/反射，统计确定能够在入瞳处显示的视线矢量，综合考虑地表自身辐射和太阳反射，仿真生成相机入瞳处的辐射图像，为天基红外遥感图像仿真提供一种快速、低成本的仿真方法。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
应当注意的是，在本文的实施方式中所揭露的装置和方法，也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本文的多个实施方式的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用于执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本文各个实施方式中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种星载红外凝视相机入瞳辐射图像仿真方法，其特征在于，包括：
步骤S1、在星载红外凝视相机的视场范围内，根据相机的光学系统参数，随机生成视线矢量；
步骤S2、根据视线矢量方程和地球椭球方程，判断所述视线矢量与地球表面的交点，计算交点的经纬度信息；
步骤S3、根据所述的交点的经纬度信息计算交点处的大气透过率，通过比较交点处的大气透过率和随机数，判断所述视线矢量是否被大气吸收或透射；
步骤S4、根据所述交点的经纬度信息，结合典型地表类型数据库，确定所述交点处的地表类型和地表发射率，通过比较所述交点处的地表发射率和随机数，判断所述视线矢量是否被吸收或反射；
步骤S5、根据成像时间信息、交点经纬度信息，计算交点处的地表太阳辐照度；
步骤S6、根据所述星载红外凝视相机的视场范围中每根所述视线矢量与地表交点的地表温度、地表处的太阳辐照度、地表发射率、地表反射率及星载红外凝视相机工作波段，确定所述视场范围中地表的红外辐射分布，生成所述星载红外凝视相机入瞳处的地表辐射图像。
2.如权利要求1所述的星载红外凝视相机入瞳辐射图像仿真方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
采用随机数生成方法生成[0,1]间均匀分布的随机数r1、r2；
根据所述随机数r1、r2确定所述视线矢量与视场轴线的水平夹角β和竖直夹角α，计算公式为：
Figure FDA0003189669210000011
其中，FOVy和FOVx分别为凝视相机水平和竖直方向的视场角；
随机生成的所述视线矢量的数量N大于所述星载红外凝视相机的分辨率。
3.如权利要求2所述的星载红外凝视相机入瞳辐射图像仿真方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
根据所述视线矢量与视场轴线的水平夹角β和竖直夹角α确定所述视线矢量的表达式：
Figure FDA0003189669210000021
其中，
Figure FDA0003189669210000022
分别为卫星本体坐标系到地心固连坐标系沿X、Y、Z轴的初等旋转矩阵；xs、ys、zs为地心固连坐标系下卫星位置坐标；
Figure FDA0003189669210000023
Figure FDA0003189669210000024
为地心固连坐标系下X、Y、Z轴的单位向量。
所述视线矢量与地球表面的交点坐标通过联列视线矢量方程和地球椭球方程求解得到；
将所述的地心固连坐标系下的交点坐标近似转换为大地坐标系下交点经纬度坐标，转换公式为
Figure FDA0003189669210000025
其中，L、B为大地坐标系下交点的经度和纬度；x、y、z为地心固连坐标系下交点的坐标位置；
Figure FDA0003189669210000026
为地球的第二偏心率。
4.如权利要求3所述的星载红外凝视相机入瞳辐射图像仿真方法，其特征在于，
所述步骤S3包括：
采用所述随机数生成方法生成[0,1]间均匀分布的随机数r3；
根据所述交点的经纬度信息，结合大气传输模型和角度信息，计算得到大气透过率τ；
若r3＞τ，则所述条随机视线穿透大气，没有被大气吸收，则进入所述步骤S4；
若r3＜τ，则所述随机视线被大气完全吸收，所述随机视线消亡，不执行所述步骤S4。
5.如权利要求4所述的星载红外凝视相机入瞳辐射图像仿真方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
根据所述交点的经纬度信息查询所述典型地表类型数据库，得到交点处的地表类型和发射率ε；其中，所述典型地表类型数据库包含全球范围内的经度、纬度、地表类型及发射率信息，且经纬度分辨率不低于凝视相机的空间分辨率；
采用所述随机数生成方法生成[0,1]间均匀分布的随机数r4；
若r4＞ε，则所述随机视线被吸收，其交点处地表的辐射可以在星载红外凝视相机的视场范围中显示；
若r4＜ε，则所述随机视线被反射，所述随机视线消亡；
对于被地表吸收的随机视线，其交点处地表的反射率γ为γ＝1-ε。
6.如权利要求5所述的星载红外凝视相机入瞳辐射图像仿真方法，其特征在于，所述步骤S5包括：
根据成像时间信息计算太阳赤纬角
Figure FDA0003189669210000031
其中，δ为太阳赤纬角；n为成像当天在当年的天数；
根据所述交点的经纬度信息计算太阳高度角
sinθ＝sinBsinδ+cosBcosω
其中，θ为太阳高度角；ω为本地时角；
根据所述太阳高度角计算所述交点处的地表太阳辐照度
E＝Csuncosθ
其中，E为交点处的地表太阳辐照度；Csun为太阳常数。
7.如权利要求6所述的星载红外凝视相机入瞳辐射图像仿真方法，其特征在于，所述步骤S6包括：所述随机视线的交点处的地表辐射亮度为
Figure FDA0003189669210000032
其中，c1为第一辐射常数，c1＝3.7415×108W·μm4/m2；c2为第二辐射常数，c2＝1.4388×104μm·K；T为地表温度，假设为300K；λ1和λ2分别为星载红外凝视相机的起始和终止工作波段；
计算N条所述视线矢量与地表交点处的地表辐射亮度，生成所述星载红外凝视相机入瞳处的所述地表辐射图像。
8.如权利要求7所述的星载红外凝视相机入瞳辐射图像仿真方法，其特征在于，所述随机数生成方法为马特赛特旋转演算法。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现权利要求1至8中任一项所述的方法。
10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1至8中任一项所述的方法。
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