一种基于恒星的空间相机在轨绝对定标方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于恒星的空间相机在轨绝对定标方法，特别是涉及一种目标辐 射特性稳定的恒星作为光源对空间相机在轨绝对定标的方法，属于在轨辐射定标技术领 域。
【背景技术】
[0002] 绝对辐射定标是建立遥感器记录的数字信号与对应的辐射能量之间的数量关系。 美国国家标准化与技术研宄所NIST (National Institute Of Standards and Technology) 的联合报告给出辐射定标的定义为：定标是在一系列的测量过程中决定仪器在空间域、时 间域、光谱域的辐射性能，它的输出是一个与实际辐射能量测量值相关的数值。
[0003] 空间相机在卫星发射前会在地面进行辐射定标。空间相机入轨后在轨运行期间由 于仪器本身的老化，光学系统和电子学系统的各种辐射性能都会下降，导致图像质量退化， 因此空间相机在轨定标显得十分必要。
[0004] 我国的在轨辐射定标技术经历了星上内定标，星上内定标与在轨场地定标联合， 在轨场地定标这三个阶段，目前在轨阶段的辐射定标主要以场地定标为主。我国在轨辐射 校正精度一般只能达到7%左右，国际上已实现优于3%。传统定标方法逐渐不能满足于高 精度定量化遥感应用的需要，例如星上内定标会受到在轨环境的不确定性以及仪器衰减等 方面的影响；而场地定标方法则会受进场次数和天气条件的限制，随着器件的老化，在轨场 地定标还需周期性进行，人力物力都要增加，定标间隔周期较长。如何寻求更加经济有效的 具备高精度和高频次特性的在轨定标方法，是光学遥感卫星系统一直追求的目标和持续努 力的方向。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种基于恒星的空间相机在轨 绝对定标方法，该方法结合卫星姿态调整、对目标辐射特性稳定的恒星成像和优化的绝对 定标算法的优势，根据卫星运行和目标恒星的辐亮度，动态获取绝对辐射定标系数，保证在 轨绝对定标精度。
[0006] 本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
[0007] -种基于恒星的空间相机在轨绝对定标方法，包括如下步骤：
[0008] 步骤（一）、在依巴谷星表中选取光谱范围和卫星上的待定标空间相机探测器光 谱范围接近的m颗恒星，其中m为正整数，且m彡3 ;
[0009] 步骤（二）、待定标空间相机对均匀暗目标成像，所述均匀暗目标包括海洋，平静 的湖面和深空，并统计图像灰度值，取平均灰度值作为系统暗信号DN sdarit;
[0010] 步骤（三）、在地影区对卫星进行姿态控制，使卫星由对地指向变为指向深空中的 一颗恒星，所述恒星为步骤（一）中选取的m颗恒星中的任意一颗，使所述恒星成像于空间 相机探测器的四角和中心，完成一圈理想成像，并得到成像像元的矩形灰度图像；所述矩形 灰度图像包括LXL个灰度值，选取中心位置的灰度值作为成像像元的灰度值DNli, i = I ; 重复上述成像过程，实现η圈理想成像，得到η个成像像元的矩形灰度图像，并得到η个成 像像元的灰度值DNn，i = Ι - η，通过如下公式得到空间相机的灰度值DCj，其中j表示恒星 编号，取值为1···πι;
【主权项】
1. 一种基于恒星的空间相机在轨绝对定标方法，其特征在于：包括如下步骤： 步骤（一）、在依巴谷星表中选取光谱范围和卫星上的待定标空间相机探测器光谱范 围接近的m颗恒星，其中m为正整数，且m彡3 ; 步骤（二）、待定标空间相机对均匀暗目标成像，所述均匀暗目标包括海洋，平静的湖 面和深空，并统计图像灰度值，取平均灰度值作为系统暗信号DNsdarit; 步骤（三）、在地影区对卫星进行姿态控制，使卫星由对地指向变为指向深空中的一颗 恒星，所述恒星为步骤（一）中选取的m颗恒星中的任意一颗，使所述恒星成像于空间相机 探测器的四角和中心，完成一圈理想成像，并得到成像像元的矩形灰度图像；所述矩形灰度 图像包括LXL个灰度值，选取中心位置的灰度值作为成像像元的灰度值DN li, i = 1 ;重复 上述成像过程，实现η圈理想成像，得到η个成像像元的矩形灰度图像，并得到η个成像像 元的灰度值DNn，i = L···]!，通过如下公式得到空间相机的灰度值DCj，其中j表示恒星编 号，取值为1···πι;
步骤（四）、根据步骤（三）得到的η个矩形灰度图像，在软件中显示为η个三维图像， 所述η个三维图像即为η个点扩散函数PSF，将η个点扩散函数PSF归一化，得到二维图像， 取过二维图像中心点且垂直于二维图像边界的任意方向的一组数值，该组数值绘制的曲线 的主瓣部分即为环绕能量 步骤（五）、通过如下公式计算所述恒星的光谱校正函数SCFj:
其中： LstoU)为恒星的等效辐亮度； Lgnd(X)为地面场景在空间相机入瞳处的等效辐亮度； RSRj ( λ )为等效光谱响应； Ah为空间相机探测器光谱范围的上限波长； A1为空间相机探测器光谱范围的下限波长； 步骤（六）、诵讨如下公式得到苧间相机入瞳朴恒星的等效辐亮度L;:
其中： Fi(A)为空间相机入瞳处恒星的光谱辐射通量； Dd。为单一探测器的立体角； 步骤（七）、重复步骤（三）~步骤（六），得到其余n-1颗恒星对应的灰度值DCjP 等效福亮度Lj，通过最小二乘法建立线性响应关系，得到绝对定标系数CalCoef。
2. 根据权利要求1所述得一种基于恒星的空间相机在轨绝对定标方法，其特征在于： 所述步骤（一）中选取的恒星的光谱范围的上限与待定标空间相机探测器光谱范围的上限 偏差在10%以内，选取的恒星的光谱范围的下限与待定标空间相机探测器光谱范围的下限 偏差在10%以内。
3. 根据权利要求1所述的一种基于恒星的空间相机在轨绝对定标方法，其特征在于： 所述步骤（三）中采用matIab软件。
4. 根据权利要求1所述的一种基于恒星的空间相机在轨绝对定标方法，其特征在于： 所述步骤（一）中选取恒星7~10颗。
【专利摘要】本发明涉及一种基于恒星的空间相机在轨绝对定标方法，该方法充分利用了卫星平台姿态机动调整的能力，建立目标辐射特性稳定的恒星源与空间相机输出的灰度值的对应关系，结合对恒星成像和优化的绝对定标算法的优势，实现了空间相机在轨绝对辐射定标；此外本发明采用卫星姿态调整的成像模式，对定标环境要求低，不需增加额外定标设备，且在轨绝对定标不依赖于专用定标场所，从而显著降低定标成本，节省定标时间。
【IPC分类】G01C25-00
【公开号】CN104729535
【申请号】CN201510116866
【发明人】叶钊, 王超, 窦强, 韩杏子, 董小静, 尹欢
【申请人】航天东方红卫星有限公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月17日