一种基于双光路测量的地表反射率自动观测装置的制作方法

本发明属于辐射定标技术领域，涉及一种基于双光路测量的地表反射率自动观测装置。

背景技术：

近年来，国际上提出了多种辐射定标方法以提高定标精度。按定标的阶段可分为发射前定标、在轨星上定标及在轨替代定标。在轨替代定标中，反射率基法是目前最常用、最有效的可见光近红外通道在轨辐射定标方法，其精度取决于场地目标的特性、场地反射率测量的精确性、大气参数的准确度以及辐射传输模型的精度等。准确的场地反射率测量是得到高精度定标结果的重要前提之一。

场地反射率是场地反射光能与总的入射光能的比值。传统的野外场地反射率光谱测量采用单光路法进行测量，依次交替对地物目标及标准白板进行测量。这样的测量方法，在辐射条件持续剧烈变化的情况下，无法保证地物目标及标准白板的辐射条件的一致性。而双光路法，分别对标准白板和地物目标进行长时间的连续同步测量，避免了传统方法测量中可能出现的辐射条件不一致问题。并且，卫星遥感定标场地一般远离市区、四季温差大、环境恶劣、维护困难等特点，对仪器的可靠性、环境稳定适应性、电源供给、数据获取处理及传输、智能操作等方面提出了更高的要求。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于双光路测量的地表反射率自动观测装置，避免了传统方法测量中可能出现的辐射条件不一致问题，实现高精度反射率测量。

本发明解决技术的方案是：

一种基于双光路测量的地表反射率自动观测装置，包括光谱仪、支架、风速传感器、雨传感器、照度传感器、上光度头、壳体、封闭门驱动电机、门驱动齿条、封闭门、伸出驱动机构、标准白板、下光度头和太阳能板；其中，支架为竖直放置的f形支架；光谱仪固定安装在支架竖直板的外侧壁；太阳能板固定安装在支架竖直板内侧壁的下端；风速传感器、雨传感器和照度传感器均固定安装在支架上水平板的上表面；光谱仪引出2个光度头，分别为上光度头和下光度头；上光度头固定安装在支架上水平板的伸出端处；上光度头的指向竖直向下；下光度头固定安装在支架下水平板的伸出端处；壳体轴向水平安装在支架下水平板的上表面；且壳体的开口端指向支架下水平板的伸出端；封闭门设置在壳体开口端处；封闭门与壳体开口端旋转连接；封闭门驱动电机设置在壳体开口端的侧壁处；门驱动齿条的两端分别与封闭门驱动电机和封闭门连接；伸出驱动机构水平设置在壳体内部；标准白板固定安装在伸出驱动机构的上表面。

在上述的一种基于双光路测量的地表反射率自动观测装置，通过封闭门驱动电机驱动门驱动齿条实现封闭门向上翻转打开或向下反转闭合。

在上述的一种基于双光路测量的地表反射率自动观测装置，伸出驱动机构实现带动标准白板水平伸出壳体或水平缩进壳体。

在上述的一种基于双光路测量的地表反射率自动观测装置，所述风速传感器实现对外部风速的测量；所述雨传感器实现测量外部环境是否下雨；所述照度传感器实现实时测量太阳光照幅度。

在上述的一种基于双光路测量的地表反射率自动观测装置，所述太阳能板实现将太阳能转化为电能，为风速传感器、雨传感器、照度传感器、封闭门驱动电机、伸出驱动机构和光谱仪供电。

在上述的一种基于双光路测量的地表反射率自动观测装置，所述f形支架的竖直板长度为1.8-2m；支架上水平板轴向长度小于下水平板轴向长度；支架下水平板轴向长度大于1.2m；上水平板与下水平板的竖直间距为30-40cm。

在上述的一种基于双光路测量的地表反射率自动观测装置，所述观测装置的工作过程为：

步骤一、初始状态，标准白板位于壳体内部，封闭门处于闭合状态；通过风速传感器、雨传感器和照度传感器实时对外部环境进行测量；

步骤二、当满足工作环境时，观测装置自动启动；封闭门驱动电机驱动驱动齿条将封闭门向上旋转推开；伸出驱动机构驱动标准白板水平伸出壳体，直至标准白板位于上光度头正下方；封闭门驱动电机驱动驱动齿条将封闭门向下旋转闭合；同时，打开光谱仪进行预热；

步骤三、光谱仪通过上光度头采集标准白板的反射光，并测量标准白板的光谱亮度；同时光谱仪通过下光度头采集场地地表的反射光，并测量场地地表的光谱亮度；参照标准白板的反射率定标数据，由外部计算系统计算得到场地地表的反射率；

步骤四、封闭门驱动电机驱动驱动齿条将封闭门向上旋转推开；伸出驱动机构驱动标准白板水平缩回壳体内部；封闭门驱动电机驱动驱动齿条将封闭门向下旋转闭合；关闭光谱仪。

在上述的一种基于双光路测量的地表反射率自动观测装置，其特征在于：所述步骤二中，工作环境为风速小于10m/s，且无雨，且太阳辐照度大于300w/m²。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明解决在辐射条件持续剧烈变化的情况下，无法保证地物目标及标准白板的辐射条件的一致性，从而导致反射率测量数据的不准确等问题；

(2)本发明通过采用双光路法分别对标准白板和目标物进行长时间的连续同步测量，实现高精度反射率测量；

(3)本发明同时通过高可靠性的工业设计和制造，以克服应用环境恶劣、维护不便等困难，最终满足在轨辐射定标的应用需求。

附图说明

图1为本发明自动观测装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

本发明采用双光路法分别对标准白板和地物目标进行长时间的连续同步测量，避免了传统方法测量中可能出现的辐射条件不一致问题，实现高精度反射率测量；同时通过高可靠性的工业设计和制造，实现全天候、稳定可靠的全自动观测技术，以克服应用环境恶劣、维护不便等困难，最终满足在轨辐射定标的应用需求。通过采用全天候、精度高、稳定可靠的全自动观测技术，为外场反射率测量提供切实有用、可靠稳定的工业级外场观测系统，为当前及今后卫星光学载荷遥感定标提供支撑。

基于双光路测量的地表反射率自动观测装置，如图1所示，具体包括光谱仪1、支架2、风速传感器3、雨传感器4、照度传感器5、上光度头6、壳体7、封闭门驱动电机8、门驱动齿条9、封闭门10、伸出驱动机构11、标准白板12、下光度头13和太阳能板14；其中，

光谱仪1，对标准白板12和场地地表光谱的测量；

支架2，固定于硬化地面上，各组件安装于其上；

风速传感器3，用于测量外场的环境风力和风速；

雨传感器4，用于感知外场环境是否有雨水；

照度传感器5，用于实时测量太阳辐照度；

上光度头6，用于收集白板的反射光；

壳体7，用于白板的防护和除尘；

封闭门驱动电机8，用于封闭门10的打开和关闭；

门驱动齿条9，通过电机驱动8实现对封闭门10的传动；

封闭门10，为标准白板12的出入口，并防止灰尘和雨水进入壳体7的内部；

伸出驱动机构11，为标准白板12提供支撑，并且可以伸出和缩回；

标准白板12，为上光度头6提供参考反射光；

下光度头13，用于收集场地地表的反射光；

太阳能板14，用于太阳光到电能的转换，为系统提供供电电源

具体杆状过程为：支架2为竖直放置的f形支架；光谱仪1固定安装在支架2竖直板的外侧壁；太阳能板14固定安装在支架2竖直板内侧壁的下端；太阳能板14实现将太阳能转化为电能，为风速传感器3、雨传感器4、照度传感器5、封闭门驱动电机8、伸出驱动机构11和光谱仪1供电。风速传感器3、雨传感器4和照度传感器5均固定安装在支架2上水平板的上表面；风速传感器3实现对外部风速的测量；所述雨传感器4实现测量外部环境是否下雨；所述照度传感器5实现实时测量太阳光照幅度。光谱仪1引出2个光度头，分别为上光度头6和下光度头13；上光度头6固定安装在支架2上水平板的伸出端处；上光度头6的指向竖直向下；下光度头13固定安装在支架2下水平板的伸出端处；壳体7轴向水平安装在支架2下水平板的上表面；且壳体7的开口端指向支架2下水平板的伸出端；封闭门10设置在壳体7开口端处；封闭门10与壳体7开口端旋转连接；封闭门驱动电机8设置在壳体7开口端的侧壁处；门驱动齿条9的两端分别与封闭门驱动电机8和封闭门10连接；通过封闭门驱动电机8驱动门驱动齿条9实现封闭门10向上翻转打开或向下反转闭合。伸出驱动机构11水平设置在壳体7内部；标准白板12固定安装在伸出驱动机构11的上表面；伸出驱动机构11实现带动标准白板12水平伸出壳体7或水平缩进壳体。。

f形支架2的竖直板长度为1.8-2m，实现更好的接收光照，同时不影响各部件的安装位置。支架2上水平板轴向长度小于下水平板轴向长度；实现壳体7、封闭门驱动电机8、门驱动齿条9、封闭门10、伸出驱动机构11、标准白板12完整安装在下水平板上表面的同时，不对下光度头13采集光谱造成影响。支架2下水平板轴向长度大于1.2m，实现下光度头13在采集光谱时，f形支架2的竖直根部不落在下光度头13的采集范围内，不对采集光谱造成影响。上水平板与下水平板的竖直间距为30-40cm，既满足各部件的安装，同时保证上光度头6采集标准白板12的光谱亮度效果最好。

观测装置的工作过程为：

步骤一、初始状态，标准白板12位于壳体7内部，封闭门10处于闭合状态；通过风速传感器3、雨传感器4和照度传感器5实时对外部环境进行测量；

步骤二、当满足工作环境时，工作环境为风速小于10m/s，且无雨，且太阳辐照度大于300w/m²，即当前天气为晴朗少云、无风或微风，自动观测系统将启动测量。观测装置自动启动；封闭门驱动电机8驱动驱动齿条9将封闭门10向上旋转推开；伸出驱动机构11驱动标准白板12水平伸出壳体7，直至标准白板12位于上光度头6正下方；封闭门驱动电机8驱动驱动齿条9将封闭门10向下旋转闭合；同时，打开光谱仪1进行预热；

步骤三、正式测量过程：光谱仪1通过上光度头6采集标准白板12的反射光，并测量标准白板12的光谱亮度；同时光谱仪1通过下光度头13采集场地地表的反射光，并测量场地地表的光谱亮度；参照标准白板12的反射率定标数据，由外部计算系统计算得到场地地表的反射率；获得测量数据后，外部计算系统结合标准白板12的反射率定标数据算得到当次测量的场地地表反射率数据，将测量数据按约定格式保存为文件，并发信号至网络通信模块，由其将数据文件发送至远程数据中心。正式测量过程将一直执行，直至环境测量条件不满足。

步骤四、封闭门驱动电机8驱动驱动齿条9将封闭门10向上旋转推开；伸出驱动机构11驱动标准白板12水平缩回壳体7内部；封闭门驱动电机8驱动驱动齿条9将封闭门10向下旋转闭合；防止灰尘、雨水等进入壳体7内部；关闭光谱仪1以节省供电电量。保证了对标准白板和地物目标进行同步测量，并且根据环境条件自动启动观测，为辐射定标提供稳定可靠的外场反射率测量数据。

本发明采用双光路法分别对标准白板和地物目标进行长时间的连续同步测量，避免了传统方法测量中可能出现的辐射条件不一致问题，实现高精度反射率测量；同时通过高可靠性的工业设计和制造，实现全天候、稳定可靠的全自动观测技术，以克服应用环境恶劣、维护不便等困难，最终满足在轨辐射定标的应用需求。解决了辐射条件持续剧烈变化的情况下，无法保证地物目标及标准白板的辐射条件的一致性，从而导致反射率测量数据的不准确等问题，通过采用双光路法分别对标准白板和目标物进行长时间的连续同步测量，实现高精度反射率测量；同时通过高可靠性的工业设计和制造，以克服应用环境恶劣、维护不便等困难，最终满足在轨辐射定标的应用需求。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。