一种卫星智能对地观测模式库获取方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种卫星智能对地观测库模式获取方法和系统，包括：对每一种单一地物场景进行卫星成像模拟仿真实验，分析地物特性，选择每一种单一地物场景的观测模式参数；进行多地物场景的卫星成像模拟仿真实验，对多地物场景的观测模式参数耦合关系进行分析，选择多地物场景的观测模式参数；根据所选择的每一种单一地物场景和多地物场景的观测模式参数，构建卫星智能对地观测模式库。本发明可以通过地面单一地物场景和多场景成像模拟仿真实验，选择各种场景下的观测模式参数，构建完整的卫星智能对地观测模式库，以供实际卫星智能对地观测时有针对性地进行选择，具有广泛的应用价值。
【专利说明】一种卫星智能对地观测模式库获取方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及遥感与对地观测【技术领域】，尤其涉及一种卫星智能对地观测模式库获取方法和系统。
【背景技术】
[0002]对地观测是以地球为观测对象，依托卫星、飞船、航天飞机、飞机以及近空间飞行器等空间平台，利用可见光、红外、高光谱和微波等多种探测手段，获取信息并进行处理和形成产品的过程。相应的承载平台、探测手段、处理及应用设备等共同构成对地观测系统。对地观测系统，根据承载平台所处空域的不同可分为天基、空基和临近空间三大类；根据用途不同可分为军用系统、民用系统、商业系统。
[0003]目前，国外对卫星智能对地观测多模式的曝光时间、增益等最佳组合的智能选择已有一定的进展。欧空局发射的PROBA小卫星搭载的紧凑型高分辨率成像光谱仪(CompactHigh Resolution Imaging Spectrometer, CHRIS)可在2.5分钟之内获取5个角度的高光谱图像(-55°、-36°、0°、36°、55° )，并能根据水体、植被和陆地等不同观测目标和应用需求，实现2种不同空间和光谱分辨率成像模式的转换。它可以在411-997nm谱段获取62个波段、34m空间分辨率图像，也可以针对水质遥感的需要，将成像模式转变为在411-1019nm谱段获取18个波段、17m空间分辨率的高光谱影像。在我国，海洋一号卫星在国内首次使用了智能网络控制技术，有效载荷配置海陆兼顾，具有明显创新；目前在研的HXMT (硬X射线调制望远镜)天文卫星是我国自主研发的第一颗天文卫星，可以实现对天球扫描任务的智能控制；中国科学院国家天文台开展研究的空间太阳望远镜能够根据太阳活动状态采用不同的观测模式，并自适应地进行星上数据处理，具有一定的智能观测能力。
[0004]但是，上述智能对地观测技术依然处于探索的初步阶段，目前已发射的卫星星上智能观测与处理都较为简单，缺乏一套完整的卫星智能对地观测模式库获取方法和系统，以指导智能卫星载荷成像参数的设置。
【发明内容】
[0005](一)要解决的技术问题
[0006]本发明提供一种卫星智能对地观测模式库获取方法和系统，以解决现有技术中缺乏一套完整的卫星智能对地观测模式库获取方法和系统的技术问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为解决上述技术问题，本发明提供一种卫星智能对地观测库模式获取方法，包括:
[0009]对每一种单一地物场景进行卫星成像模拟仿真实验，分析地物特性，选择每一种单一地物场景的观测模式参数；
[0010]进行多地物场景的卫星成像模拟仿真实验，对多地物场景的观测模式参数耦合关系进行分析，选择多地物场景的观测模式参数；[0011]根据所选择的每一种单一地物场景和多地物场景的观测模式参数，构建卫星智能对地观测模式库。
[0012]进一步地，
[0013]在所述对每一种单一地物场景进行卫星成像模拟仿真实验之前还包括:研究每一种单一地物场景成像的光谱曲线特征，构建背景知识库；
[0014]所述对每一种单一地物场景进行卫星成像模拟仿真实验包括:结合所述背景知识库，对专业航空遥感相机的曝光时间、增益进行控制，实现对所述每一种单一地物场景的成像；
[0015]所述分析地物特性，选择每一种单一地物场景的观测模式参数包括:对每一种单一地物场景的成像结果进行综合分析，评估信噪比，研究曝光时间与增益的关系，选择使成像结果达到最佳信噪比和信息熵的观测模式参数，包括曝光时间、增益和曝光时间与增益的比值中的一个或多个参数；
[0016]所述进行多地物场景的卫星成像模拟仿真实验包括:对专业航空遥感相机的曝光时间、增益进行控制，实现对所述多地物场景的成像；
[0017]所述对多地物场景的观测模式参数耦合关系进行分析，选择多地物场景的观测模式参数包括:对多地物场景的成像结果进行综合分析，评估信噪比，研究曝光时间与增益的关系，选择使成像结果达到最佳信噪比和信息熵的多地物场景的观测模式参数，包括曝光时间、增益和曝光时间与增益的比值中的一个或多个参数。
[0018]进一步地，
[0019]所述信噪比为:用于说明图像中有效信息和噪声的比值:
[0020]SNR=LSDmaxLSDmin
[0021]其中SNR为信噪比，LSDmax为加噪后图像中所有像素局部方差的最大值，LSDmin为加噪后图像中所有像素局部方差的最小值；
[0022]所述信息熵为:用于说明图像所具有的信息量:
【权利要求】
1.一种卫星智能对地观测库模式获取方法，其特征在于，包括: 对每一种单一地物场景进行卫星成像模拟仿真实验，分析地物特性，选择每一种单一地物场景的观测模式参数； 进行多地物场景的卫星成像模拟仿真实验，对多地物场景的观测模式参数耦合关系进行分析，选择多地物场景的观测模式参数； 根据所选择的每一种单一地物场景和多地物场景的观测模式参数，构建卫星智能对地观测模式库。
2.根据权利要求1所述的卫星智能对地观测模式库获取方法，其特征在于: 在所述对每一种单一地物场景进行卫星成像模拟仿真实验之前还包括:研究每一种单一地物场景成像的光谱曲线特征，构建背景知识库； 所述对每一种单一地物场景进行卫星成像模拟仿真实验包括:结合所述背景知识库，对专业航空遥感相机的曝光时间、增益进行控制，实现对所述每一种单一地物场景的成像； 所述分析地物特性，选择每一种单一地物场景的观测模式参数包括:对每一种单一地物场景的成像结果进行综合分析，评估信噪比，研究曝光时间与增益的关系，选择使成像结果达到最佳信噪比和信息熵的观测模式参数，包括曝光时间、增益和曝光时间与增益的比值中的一个或多个参数； 所述进行多地物场景的卫星成像模拟仿真实验包括:对专业航空遥感相机的曝光时间、增益进行控制，实现对所述多地物场景的成像； 所述对多地物场景的观测模式参数耦合关系进行分析，选择多地物场景的观测模式参数包括:对多地物场景的成像结果进行综合分析，评估信噪比，研究曝光时间与增益的关系，选择使成像结果达到最佳信噪比和信息熵的多地物场景的观测模式参数，包括曝光时间、增益和曝光时间与增益的比值中的一个或多个参数。
3.根据权利要求2所述的卫星智能对地观测模式库获取方法，其特征在于: 所述信噪比为:用于说明图像中有效信息和噪声的比值:
SNR=LSDmaxLSDmin 其中SNR为信噪比，LSDniax为加噪后图像中所有像素局部方差的最大值，LSDniin为加噪后图像中所有像素局部方差的最小值； 所述信息熵为:用于说明图像所具有的信息量: 其中，EN为信息熵，Pi为图像中像素灰度值为i时的概率，η为图像的最大灰度值。
4.根据权利要求1所述的卫星智能对地观测模式库获取方法，其特征在于: 所述单一地物场景包括:植被、土壤、水体、岩石和人工地物中的一个或多个地物场旦牙、； 所述多地物场景包括:两两组合的植被-土壤、植被-水体、植被-岩石、植被-人工地物、土壤-水体、土壤-人工地物、水体-岩石、水体-人工地物；三种组合的植被-土壤-水体、植被_ 土壤_岩石、植被_ 土壤-人工地物、植被_水体-岩石、植被_水体-人工地物、土壤-水体-人工地物；多种组合的植被-土壤-水体-人工地物中的一个或多个多地物场景。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的卫星智能对地观测模式库获取方法，其特征在于，所述方法还包括:根据所述卫星智能对地观测模式库，结合任务优先级、环境条件、地物对象判定中的一个或多个影响因素，综合分析成像条件关联和影响，确定最佳成像模式，选择卫星智能对地观测模式库中的最佳曝光时间和增益对地观测成像。
6.一种卫星智能对地观测模式库获取系统，其特征在于，包括:顺序连接的单一地物成像单元、多地物成像单元和模式库构建单元，其中: 单一地物成像单元，用于对每一种单一地物场景进行卫星成像模拟仿真实验，分析地物特性，选择每一种单一地物场景的观测模式参数； 多地物成像单元，用于进行多地物场景的卫星成像模拟仿真实验，对多地物场景的观测模式参数耦合关系进行分析，选择多地物场景的观测模式参数； 模式库构建单元，用于根据所选择的每一种单一地物场景和多地物场景的观测模式参数，构建卫星智能对地观测模式库。
7.根据权利要求6所述的卫星智能对地观测模式库获取系统，其特征在于: 所述系统还包括:背景库构建单元，与所述单一地物成像单元相连，用于研究每一种单一地物场景成像的光谱曲线特征，构建背景知识库； 所述单一地物成像单元包括:第一成像子单元，用于结合所述背景知识库，对专业航空遥感相机的曝光时间、增益进行控制，实现对所述每一种单一地物场景的成像；第一参数选择子单元，用于对每一种单一地物场景的成像结果进行综合分析，评估信噪比，研究曝光时间与增益的关系，选择使成像结果达到最佳信噪比和信息熵的观测模式参数，包括曝光时间、增益和曝光时间与增益的比值中的一个或多个参数； 所述多地物成像单元包括:第二成`像子单元，用于对专业航空遥感相机的曝光时间、增益进行控制实现对所述多地物场景的成像；第二参数选择子单元，用于对多地物场景的成像结果进行综合分析，评估信噪比，研究曝光时间与增益的关系，选择使成像结果达到最佳信噪比和信息熵的多地物场景的观测模式参数，包括曝光时间、增益和曝光时间与增益的比值中的一个或多个参数。
8.根据权利要求7所述的卫星智能对地观测模式库获取系统，其特征在于: 所述第一参数选择子单元包括:第一信噪比模块；所述第二参数选择子单元包括--第二信噪比模块；所述第一信噪比模块和所述第二信噪比模块用于利用如下公式计算成像信噪比:
SNR=LSDmaxLSDmin 其中SNR为信噪比，LSDniax为加噪后图像中所有像素局部方差的最大值，LSDniin为加噪后图像中所有像素局部方差的最小值； 所述第一参数选择子单元包括:第一信息熵模块；所述第二参数选择子单元包括--第二信息熵模块；所述第一信息熵模块和所述第二信息熵模块用于利用如下公式计算成像信息摘:
FM - — Y* η I οι?Λ 其中，EN为信息熵，Pi为图像中像素灰度值为i时的概率，η为图像的最大灰度值。
9.根据权利要求6所述的卫星智能对地观测模式库获取系统，其特征在于: 所述单一地物场景包括:植被、土壤、水体、岩石和人工地物中的一个或多个地物场旦 牙、； 所述多地物场景包括:两两组合的植被-土壤、植被-水体、植被-岩石、植被-人工地物、土壤-水体、土壤-人工地物、水体-岩石、水体-人工地物；三种组合的植被-土壤-水体、植被_ 土壤_岩石、植被_ 土壤-人工地物、植被_水体-岩石、植被_水体-人工地物、土壤-水体-人工地物；多种组合的植被-土壤-水体-人工地物中的一个或多个多地物场景。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的卫星智能对地观测模式库获取系统，其特征在于，所述系统还包括: 成像单元，与所述模式库构建单元相连，用于根据所述卫星智能对地观测模式库，结合任务优先级、环境条件、地物对象判定中的一个或多个影响因素，综合分析成像条件关联和影响，确定最佳成像模式，选择卫星智能对地观测模式库中的最佳曝光时间和增益对地观测成像。
【文档编号】G01N21/31GK103576165SQ201310553557
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2013年11月8日
【发明者】张立福, 吴太夏, 段依妮, 孙雪剑, 刘佳, 岑奕, 杨杭, 王树东 申请人:中国科学院遥感与数字地球研究所