一种微光云图成像仪地面光源定标设备及其方法与流程

本发明属于遥感技术领域，特别是一种微光云图成像仪地面光源定标设备及其方法。

背景技术：

目前实现夜间微光辐射定标较好的方式是基于辐射传输模拟的场地替代定标，高反射率且地表特性稳定的沙漠、冰原、深对流云等经常作为替代定标的目标区域。这三种替代定标方法都是基于地面或深对流云对月光的反射这一基本条件，需要引入月亮辐射模型作为辐射传输模式的输入量(马烁,黄云仙,严卫,艾未华,赵现斌.基于深对流云的夜间微光传感器定标技术[J].红外与毫米波学报,2015,34(5):630～640)。目前的月亮辐射模型的不确定度最大可达到7％～12％，极大的影响了整个辐射定标过程的精度(Ma S.,W.Yan,Y.Huang,W.Ai,and X.Zhao,2015:Vicarious calibration of S-NPP/VIIRS day-night band using deep convective clouds.Remote Sens.Environ.,158,42-55.doi:10.1016/j.rse.2014.11.006.)。

采用地面人造灯光源如大桥灯光、舰船灯光等作为微光云图成像仪的监测对象，摆脱了对月亮辐射的依赖，可以有效减少月亮辐射模型引入对定标精度的影响。但由于现有的灯光源发光功率不稳定、光谱特性难以测量、各向同性不具备等特点(Cao C.and Y.Bai,2014:Quantitative Analysis of VIIRS DNB Nightlight Point Source for Light Power Estimation and Stability Monitoring.Remote Sens.,6,11915-11935.doi:10.3390/rs61211915.)，基于现有灯光源的替代定标方法还处在探索阶段，目前国内外尚未出现专门用来作为替代定标源的地面灯光源。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种微光云图成像仪地面光源定标设备及其方法，利用向上发射且辐射稳定可知的地面灯光源实现对星载微光云图成像仪的替代定标。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种微光云图成像仪地面光源定标设备，包括支撑单元、光源单元、控制单元和散热单元，其中：

支撑单元，包括支撑架和铆钉，其中支撑架包括底座以及两侧的垂直支架，支撑单元为其它单元提供支撑；

光源单元，包括一个多面柱和34个灯珠，34个灯珠设置于多面柱上，且该多面柱设置于支撑架的顶部，34个灯珠提供辐照度均匀分布的上行辐射；

控制单元，包括控制电路板、行程开关、电机和遮板，所述遮板两端固定于支撑架且能够以平行于多面柱的轴旋转，控制电路板、行程开关、电机顺次连接，控制电路板驱动行程开关触发电机的转与停，电机带动遮板升起或降落，遮板升起时位于光源单元上方；

散热单元，包括冷排散热器、水泵、水冷管和水箱，冷排散热器通过水箱与水冷管连通，水冷管贯穿于多面柱之中，冷排散热器与水箱固定于支撑单元中部，水泵驱动散热液在冷排散热器、水箱、水冷管之间循环流动，对整个设备进行散热。

进一步地，所述光源单元的34个灯珠在多面柱上的位置满足以下条件：保证光源辐照度在垂直于轴向上各向均匀，即从光源单元正上方到倾角15度范围内观察，都有相同数量相同视角的灯珠照向观测点。

进一步地，所述控制单元包括控制电路板、行程开关、电机和遮板，所述遮板旋转臂的两侧分别设置一个行程开关，控制电路驱动两个行程开关触发电机的转与停，使设备运转时遮板收起，灯珠点亮；设备关闭时，遮板升起，灯珠熄灭。

一种基于所述微光云图成像仪地面光源定标设备的定标方法，包括以下步骤：

步骤1，在夜间晴空无云的大气条件下，将定标设备平稳放置于地表反射率均匀的定标场；

步骤2，在卫星过境时，控制单元接收指令并控制设备开始运转：遮板收起，灯珠点亮，发出均匀的上行辐射，经过大气效应被卫星传感器接收；同时散热单元开始工作；

步骤3，卫星离境后，控制单元控制设备停止运作，遮板升起，灯珠熄灭，水泵停止；

步骤4，将地面上行辐射的辐照度以及大气廓线、月光光谱输入辐射传输模式，模拟大气层顶微光云图成像仪的入瞳辐亮度，对比传感器实测DN值，实现利用地面光源对微光云图成像仪的替代定标。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)通过光源单元的巧妙设计，确保了光源辐射的均匀性和稳定性；(2)光源的辐照度以及大气廓线、月光光谱等参量输入辐射传输模式，模拟大气层顶微光云图成像仪的入瞳辐亮度，对比传感器实测DN值，实现利用地面光源对微光云图成像仪的替代定标；(3)光源单元发光功率稳定、光谱特性容易测量、各向同性好，具有稳定性强、精确度高的优点。

附图说明

图1是本发明微光云图成像仪地面光源定标设备的结构示意图。

图2是本发明微光云图成像仪地面光源定标设备中光源单元的局部放大图。

图3是本发明微光云图成像仪地面光源定标设备中行程开关的局部放大图。

图4是本发明微光云图成像仪地面光源定标设备中电机的局部放大图。

图5是本发明微光云图成像仪地面光源定标设备的支撑架内部结构仰视图。

具体实施方案

下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。

结合图1～5，本发明微光云图成像仪地面光源定标设备，包括支撑单元、光源单元、控制单元和散热单元，其中：

支撑单元，包括支撑架和铆钉，其中支撑架包括底座以及两侧的垂直支架，支撑单元为其它单元提供支撑；

光源单元，包括一个多面柱和34个灯珠，34个灯珠设置于多面柱上，且该多面柱设置于支撑架的顶部，34个灯珠提供辐照度均匀分布的上行辐射；

控制单元，包括控制电路板、行程开关、电机和遮板，所述遮板两端固定于支撑架且能够以平行于多面柱的轴旋转，控制电路板、行程开关、电机顺次连接，控制电路板驱动行程开关触发电机的转与停，电机带动遮板升起或降落，遮板升起时位于光源单元上方；

散热单元，包括冷排散热器、水泵、水冷管和水箱，冷排散热器通过水箱与水冷管连通，水冷管贯穿于多面柱之中，冷排散热器与水箱固定于支撑单元中部，水泵驱动散热液在冷排散热器、水箱、水冷管之间循环流动，对整个设备进行散热。

如图2所示，所述光源单元的34个灯珠在多面柱上的位置满足以下条件：保证光源辐照度在垂直于轴向上各向均匀，即从光源单元正上方到倾角15度范围内观察，都有相同数量相同视角的灯珠照向观测点。

如图3～4，所述控制单元包括控制电路板、行程开关、电机和遮板，所述遮板旋转臂的两侧分别设置一个行程开关，控制电路驱动两个行程开关触发电机的转与停，使设备运转时遮板收起，灯珠点亮；设备关闭时，遮板升起，灯珠熄灭。本发明微光云图成像仪地面光源定标设备的支撑架内部结构如图5所示。

本发明基于所述微光云图成像仪地面光源定标设备的定标方法，包括以下步骤：

步骤1，在夜间晴空无云的大气条件下，将定标设备平稳放置于地表反射率均匀的定标场；

步骤2，在卫星过境时，控制单元接收指令并控制设备开始运转：遮板收起，灯珠点亮，发出均匀的上行辐射，经过大气效应被卫星传感器接收；同时散热单元开始工作；

步骤3，卫星离境后，控制单元控制设备停止运作，遮板升起，灯珠熄灭，水泵停止；

步骤4，将地面上行辐射的辐照度以及大气廓线、月光光谱输入辐射传输模式，模拟大气层顶微光云图成像仪的入瞳辐亮度，对比传感器实测DN值，实现利用地面光源对微光云图成像仪的替代定标。

实施例1

本实施例中微光云图成像仪地面光源定标设备，主要采用了如下部件：

1、光源单元中多面柱由5个150*46*46mm的长方体组成，相邻两个长方体之间有18度的倾斜，5个长方体相当于是一个20面柱，多面柱中间通孔走散热液。灯珠选用34个LED模组灯珠，光谱范围在620～630nm，单个灯珠额定功率100W。

2、控制单元中的控制电路采用双面PCB板，选用ATxmega、LM2596、AMS1117等元件，通过编程控制电机的转停和整个设备的运转与关闭。行程开关选用自复位可调滚轮转臂式，触点为一常开一常闭。控制单元通过对控制电路的编程驱动两个行程开关来触发电机的转与停，实现设备运转时遮板收起，灯珠点亮；设备关闭时，遮板升起，灯珠熄灭，从而控制整个设备的运转与关闭。

3、散热单元3中冷排散热器尺寸为400*400*10mm，搭配了9个120*120mm的风扇。水泵(含接口)尺寸为80*77*75mm，功率20W，扬程5±0.5m，转速为0～4600转(空载)。

4、支撑单元4中支撑架尺寸为800*800*700mm，通过4个铆钉与地面固定。

综上所述，本发明通过光源单元的巧妙设计，确保了光源辐射的均匀性和稳定性。将光源的辐照度以及大气廓线、月光光谱等参量输入辐射传输模式，模拟大气层顶微光云图成像仪的入瞳辐亮度，对比传感器实测DN值，实现利用地面光源对微光云图成像仪的替代定标。