CN204421925U - 用于光学载荷性能评价的新型刃边靶标 - Google Patents

Abstract

一种用于光学载荷性能评价的新型刃边靶标，其表面形状为正方形，该正方形分为四个区域，呈“田”字形，其中一对对角的两个区域分别为黑色区域和灰色区域，另外两个区域为白色区域，黑色区域与白色区域的对比度大于5∶1，灰色区域与白色区域的对比度介于黑色区域与白色区域的对比度之间；所述的刃边靶标的刃边与真北方向的夹角为5o；所述的刃边靶标采用天然砾石材料铺设而成。本实用新型可极大提高卫星载荷在轨定标及性能评价的频次；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，有效提高定标和性能评价精度；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，可大幅降低维护成本。

Description

用于光学载荷性能评价的新型刃边靶标

技术领域

本实用新型涉及遥感技术领域，尤其涉及一种新型的用于光学载荷性能评价的新型刃边靶标。

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一些自然或人工的固定式测试目标，例如用于卫星光学/红外载荷辐射定标的敦煌戈壁、青海湖等自然场景，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，这些目标存在以下主要技术缺陷：

1）自然场景目标存在均匀性、稳定性差，动态范围不足等问题。

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，本实用新型提出了一种稳定性好、朗伯性佳的铺设新技术，研制了一套几何、辐射合为一体的航空/航天共用高分辨率用于光学载荷性能评价的新型刃边靶标。解决现有技术存在的均匀性、稳定性差以及动态范围不足等问题。

本实用新型的技术方案是：一种用于光学载荷性能评价的新型刃边靶标，其特征在于，其表面形状为正方形，该正方形分为四个区域，呈“田”字形，其中一对对角的两个区域分别为黑色区域和灰色区域，另外两个区域为白色区域，黑色区域与白色区域的对比度大于5∶1，灰色区域与白色区域的对比度介于黑色区域与白色区域的对比度之间；所述的刃边靶标的刃边与真北方向的夹角为5o；所述的刃边靶标采用天然砾石材料铺设而成。

所述的刃边靶标采用角钢焊接“田”字形框架，在对应于框架的多个位置下面设置混凝土墩和角钢预埋件，框架与角钢预埋件焊接固定；在框架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在轨定标及性能评价的频次；

（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，有效提高定标和性能评价精度；

（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是本实用新型刃边靶标的基本形状示意图；

图2是本实用新型垫层断面结构示意图；

图3本实用新型采用的靶标石的三种颜色对比图；

图4本实用新型采用的三种颜色靶标石的光谱曲线图。

具体实施方式

本实用新型的结构说明如下：

1、固定靶标的设计：

参见图1，根据“刃边法”MTF特性测试原理，本实用新型刃边靶标由一个尽可能低反射率和足够高反射率的边界区域组构成。靶标大小应保证足够多的数据点进行计算，至少15*15像元。为了满足至少3.2m空间分辨率的遥感载荷周期性MTF评价需求，设定刃边靶标大小为48m×48m。利用“刃边法”计算传感器在轨MTF时，根据离散采样系统成像结果与采样相位相关的原理，使刃边靶标与系统的采样方向有一定的夹角，利用扫描行间的相位差异获得亚像元水平的系统响应。通过前期理论与仿真研究，当夹角<10 o时，能够获得较密集的采样点，MTF计算精度受算法影响较小。因此，通过计算国内外典型高分辨率卫星飞行方向与真北的夹角，设计刃边靶标与真北方向夹角约为5o。

为了保证MTF评价的准确性，通常要求刃边靶标的高反射率和低反射率部分的两种材料的对比度在不超出载荷成像动态范围的情况下尽可能高，至少高于5:1。同时，为了满足高分辨率卫星、航空光学载荷辐射性能（辐射定标、动态范围、响应线性度）和MTF性能评价，靶标需要包含高、中、低3个不同反射率区域。

综合上述因素考虑，刃边靶标基本形状设计如图1所示，由一个黑色区域2、两个白色区域3和一个灰色区域4组成的田字形的形状。

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9（铺设在地面10上）由三种颜色的天然级配石（白色砾石5、黑色砾石6和灰色砾石7）组成。其中砾石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8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。综合考虑刃边/辐射复用靶标的设计要求，满足靶标对比度需求，靶标石由高、中、低三种不同反射率的砾石构成，如图3所示，三种颜色的天然级砾石为白色砾石5、黑色砾石6和灰色砾石7，分别用于铺设刃边靶标A的白色区域3、黑色区域2和灰色区域4。

（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。刃边靶标的框架1采用每根长为6m的L50*5角钢进行焊接，每根角钢的连接处利用100mm长的L40*5角钢焊接以保证刃边的直度。

为了防止靶标框移动而影响靶标的几何精度，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1焊接，并在靶标框特定位置布设混凝土墩（含角钢埋件，未图示），以便进一步加固靶标框。

对于刃边靶标，在角点处布设混凝土墩（含角钢埋件），共计9个，尺寸为300mm*300mm*400mm。框架1及预埋件表面涂刷两遍黑色防锈油漆。

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、灰色砾石分别铺设刃边靶标的黑、白、灰色区域，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性能评价的新型刃边靶标，其特征在于，其表面形状为正方形，该正方形分为四个区域，呈“田”字形，其中一对对角的两个区域分别为黑色区域和灰色区域，另外两个区域为白色区域，黑色区域与白色区域的对比度大于5∶1，灰色区域与白色区域的对比度介于黑色区域与白色区域的对比度之间；所述的刃边靶标的刃边与真北方向的夹角为5o；所述的刃边靶标采用天然砾石材料铺设而成。

2.根据权利要求1所述的用于光学载荷性能评价的新型刃边靶标，其特征在于，所述的刃边靶标采用角钢焊接“田”字形框架，在对应于框架的多个位置下面设置混凝土墩和角钢预埋件，框架与角钢预埋件焊接固定；在框架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性能评价的新型刃边靶标，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。