一种微光靶标设备及星载微光载荷绝对辐射定标方法

1.本技术属于卫星遥感技术领域，尤其涉及一种微光靶标设备及星载微光载荷绝对辐射定标方法。


背景技术：

2.现有的星载微光载荷绝对辐射定标方法主要选择大面积、平坦的沙漠、冰盖和深层对流云等均匀地物作为定标场地，依靠月光反射机制，以日地距离、月地距离和月相角为基础，借助月球辐照度模型模拟载荷入瞳辐亮度，从而实现星载微光载荷的绝对辐射定标。也就是说，该方法利用月球辐照度模型通过日地距离，月地距离和月相角等模拟载荷的入瞳辐亮度，然而在定标过程中，大气廓线(水汽、气压和温度)以及大气参数(气溶胶)含量的变化会影响实际的大气透过率和上下行辐射，导致影响月球辐照度模型的精度，同时月球辐照度模型的精度(5～15％)又会极大影响绝对辐射定标精度。
3.除此之外，基于主动光源的星载微光载荷场地绝对辐射定标方法也逐步发展，如以桥面灯光、渔船和城市灯光，以及特制的氙灯和led灯等作为主动光源，然而现有基于主动光源的定标方法无法满足高空间分辨率微光载荷全波段定标需求。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提供一种微光靶标设备及星载微光载荷绝对辐射定标方法，通过针对星载高分辨率微光载荷绝对辐射定标设备的研制，实现微光载荷的高精度绝对辐射定标，同时满足高空间分辨率微光载荷全波段定标需求。
5.具体方案如下：
6.一种微光靶标设备，包括：
7.靶标箱主体；
8.光源托架，设置于所述靶标箱主体内侧底部；
9.微光靶标光源，设置于所述光源托架上由所述光源托架加以支撑与固定，用于以预设角度进行光辐射；其中，所述微光靶标光源满足如下条件中的部分或全部：光谱能量的稳定性满足第一稳定性条件且各个波段均具有响应，光源发射能量的稳定性满足第二稳定性条件，光源发射能量的各向均一性满足质量条件；光源功率满足功率条件；
10.靶标箱开口，位于所述靶标箱主体的顶部，用于控制所述微光靶标光源的发光面积，以使所述微光靶标光源具有满足需求的辐射输出；
11.匀光板，设置于所述靶标箱开口的顶部，用于对所述微光靶标光源的出射光进行匀光，以使出射光辐射均匀。
12.可选的，所述靶标箱主体的尺寸基于所述微光靶标光源的尺寸而定；
13.所述靶标箱主体的表面喷涂有预设颜色的喷漆；所述靶标箱主体的材质及喷涂的预设颜色的喷漆，能用于使所述微光靶标光源发出的光不产生损失或损失率低于预设数值。
14.可选的，所述微光靶标光源为预设功率的大功率金属卤素灯；所述匀光板为亚克力板。
15.可选的，所述微光靶标设备还包括如下的至少一种：
16.设置于所述光源托架中的电源插座；
17.设置于靶标箱主体底部的万向轮。
18.一种星载微光载荷绝对辐射定标方法，基于如上文任一项所述的微光靶标设备进行绝对辐射定标，所述方法包括：
19.在卫星过境场景中测定所布设的多个微光靶标设备的出射辐亮度；其中，所述多个微光靶标设备的靶标箱开口不同，通过布设多个开口不同的微光靶标设备，形成能用于实现多点、全波段辐射定标的星载微光载荷绝对辐射定标靶标阵列；
20.在所述卫星过境场景中，在微光靶标设备布设区域的附近第一预设区域进行大气参数的测定；
21.在所述卫星过境场景中，在微光靶标设备布设区域的附近第二预设区域进行大气廓线的测定；
22.根据测定的出射辐亮度、大气参数和大气廓线，进行辐射定标。
23.可选的，不同微光靶标设备的光源的发射辐亮度之间的差异小于预设阈值。
24.可选的，所述在卫星过境场景中测定所布设的多个微光靶标设备的出射辐亮度，包括：
25.在卫星过境前，待微光靶标设备预热完整且达到稳定状态后，采用地物光谱仪测定各微光靶标设备的出射辐亮度。
26.可选的，在所述卫星过境场景中，在微光靶标设备布设区域的附近第一预设区域进行大气参数的测定，包括：
27.在卫星过境前后的过程中，在微光靶标设备布设区域的附近第一预设区域基于布设的大气参数测量仪，进行大气参数的持续测定。
28.可选的，在所述卫星过境场景中，在微光靶标设备布设区域的附近第二预设区域进行大气廓线的测定，包括：
29.在卫星过境前后的过程中，在微光靶标设备布设区域的附近第二预设区域释放用于大气廓线测量的高空气球，进行大气廓线的持续测定。
30.可选的，所述根据测定的出射辐亮度、大气参数和大气廓线，进行辐射定标，包括：
31.以卫星过境时刻的大气参数和大气廓线为基础，利用辐射传输模型模拟卫星过境时刻的大气透过率；
32.根据模拟的卫星过境时刻的大气透过率，以及出射辐亮度和靶标开口与卫星载荷空间分辨率之间的比值，模拟卫星载荷过境时刻的入瞳辐亮度；
33.提取卫星载荷影像的靶标影像，获取各靶标区域的总体dn值；
34.构建载荷模拟的入瞳辐亮度与总体dn值之间的定量关系，实现辐射定标。
35.综上所述，本技术在微光靶标设备中，采用工业化定制的在光谱能量稳定性、波段响应、光源发射能量稳定性、光源发射能量的各向均一性、光源功率等方面满足对应条件的光源作为定标光源，可有效克服现有基于主动光源的星载微光载荷场地绝对辐射定标方法中采用的led(light-emitting diode，发光二极管)灯等光源因受灯源温度的影响存在较
大的不确定性，且光谱范围窄，无法满足全谱段定标需求的问题。另外，本技术通过布设多个开口不同的微光靶标设备，形成星载微光载荷绝对辐射定标靶标阵列，可实现多点、全波段辐射定标，并通过不同开口的微光靶标组合，结合实测的靶标辐亮度、大气廓线和气溶胶含量等参量，借助辐射传输模型模拟大气层顶星载微光载荷的入瞳辐亮度，可实现不同空间分辨率的星载微光载荷的高精度绝对辐射定标。
附图说明
36.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
37.图1是本技术提供的微光靶标设备的组成结构示意图；
38.图2是本技术提供的星载微光载荷绝对辐射定标方法的流程示意图。
具体实施方式
39.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
40.申请人研究发现，现有基于主动光源的绝对辐射定标方法中，所采用的led灯等光源受灯源温度的影响存在较大的不确定性，且光谱范围窄以及单点定标等缺陷导致无法满足高空间分辨率微光载荷全波段定标需求，鉴于此，本技术开展针对星载高分辨率微光载荷绝对辐射定标设备的研制，提供一种能克服上述问题的微光靶标设备，并以此为基础实现微光载荷的高精度绝对辐射定标。
41.本技术实施例提供的微光靶标设备，包括靶标箱主体、光源托架、微光靶标光源、靶标箱开口以及匀光板。
42.参见图1，示例性提供了微光靶标设备的各组成部分及其相对位置。
43.其中，靶标箱主体的尺寸基于微光靶标光源的尺寸而定。
44.以选用的微光靶标光源的直径为57cm为例，靶标箱主体的尺寸可以为80cm
×
80cm
×
60cm，设计为该尺寸的大小主要原因在于尽可能确保光源在箱体中的稳定性。
45.靶标箱主体的表面喷涂有预设颜色的喷漆；靶标箱主体的材质及喷涂的预设颜色的喷漆，用于使微光靶标光源发出的光不产生损失或损失率低于预设数值。
46.优选的，靶标箱主体可以采用轻质铁皮制作，并整体喷涂黑漆。
47.光源托架，设置于靶标箱主体内侧底部，用于支撑与固定微光靶标光源。光源托架可以但不限于为能固定光源的h型铁质构件。
48.微光靶标光源，设置于光源托架上由光源托架加以支撑与固定，用于以预设角度进行光辐射。
49.其中，微光靶标光源满足如下条件中的部分或全部：光谱能量的稳定性满足第一稳定性条件且各个波段均具有响应，光源发射能量的稳定性满足第二稳定性条件，光源发
射能量的各向均一性满足质量条件；光源功率满足功率条件。
50.优选的，微光靶标光源为工业定制化的大功率金属卤素灯，如1000w的大功率金属卤素灯，灯源直径为可以为57cm，发光角度为130
°
。
51.以下进一步对金属卤素灯满足的各个条件进行举例。示例性的，所采用的金属卤素灯满足如下各个条件：
52.1)光谱能量稳定，绝大部分能量位于400-900nm范围内，且各个波段均具有响应；
53.2)光源发射能量稳定，即靶标光源长时间上电稳定性、上下电重复性较高，以确保卫星过境前后一段时间如半小时内辐射能量高度稳定；
54.3)靶标光源发射能量具有良好的各向均一性，以使卫星在不同观测几何下接收到的靶标能量维持在同一级别；
55.4)靶标光源具有适中的功率，以确保卫星观测时目标像元与周围暗像元差异较大，进而便于在微光载荷影像数据中准确定位靶标光源位置。
56.靶标箱开口，位于靶标箱主体的顶部，用于控制微光靶标光源的发光面积，以使微光靶标光源具有满足需求的辐射输出。
57.匀光板，设置于靶标箱开口的顶部，用于对微光靶标光源的出射光进行匀光，以使出射光辐射均匀。
58.其中，可采用具备良好匀光性能的亚克力板作为匀光板，但不限于此，还可以采用毛玻璃等进行替代，匀光板的选择主要以能对箱体顶部开口处的光源出射光进行匀化处理为主，同时也需要考虑外场实验时的携带便利性。
59.可选的，微光靶标设备还可以包括设置于光源托架中的电源插座，以满足光源的工作需求。
60.另外，可选的，微光靶标设备还可以包括设置于靶标箱主体底部的万向轮，以便于微光靶标设备的运输。
61.本技术实施例在微光靶标设备中，采用工业化定制的在光谱能量稳定性、波段响应、光源发射能量稳定性、光源发射能量的各向均一性、光源功率等方面满足对应条件的光源作为定标光源，可有效克服现有基于主动光源的星载微光载荷场地绝对辐射定标方法中采用的led灯等光源因受灯源温度的影响存在较大的不确定性，且光谱范围窄，无法满足全谱段定标需求的问题。
62.本技术实施例还提供一种星载微光载荷绝对辐射定标方法，该方法基于上述微光靶标设备进行绝对辐射定标，参见图2所示的星载微光载荷绝对辐射定标方法流程图，该方法的处理过程包括：
63.步骤201、在卫星过境场景中测定所布设的多个微光靶标设备的出射辐亮度。
64.其中，所布设的各个微光靶标设备的靶标箱开口不同，通过布设多个开口不同的微光靶标设备，形成能用于实现多点、全波段辐射定标的星载微光载荷绝对辐射定标靶标阵列。
65.示例性的，具体可在卫星过境前预设时间，如过境前1小时，在大面积、均匀、无杂散光污染且大气干洁的区域布设微光靶标设备，为每台微光靶标设备配备单独的发电机，如220v发电机，并于卫星过境前一段时间如半小时内，开启发电机为微光靶标设备通电，使微光靶标设备预热达到稳定状态。
66.其中，不同微光靶标设备的光源的发射辐亮度之间的差异小于预设阈值，以保证卫星观测时，不同靶标光源成像一致。
67.在此基础上，在卫星过境前，待微光靶标设备预热完整且达到稳定状态后，采用地物光谱仪测定各微光靶标设备的出射辐亮度。
68.可选的，采用的地物光谱仪可以为asd地物光谱仪，即便携式地物光谱仪。
69.步骤202、在卫星过境场景中，在微光靶标设备布设区域的附近第一预设区域进行大气参数的测定。
70.同时，在微光靶标设备布设区域的附近第一预设区域预先布设ce318或激光雷达等大气参数测量仪器。并在卫星过境前后的过程中，在该第一预设区域基于布设的大气参数测量仪，进行大气参数(如，气溶胶含量)的持续测定。
71.步骤203、在卫星过境场景中，在微光靶标设备布设区域的附近第二预设区域进行大气廓线的测定。
72.另外，还在微光靶标设备布设区域的附近第二预设区域释放能用于大气廓线测量的高空气球，并在卫星过境前后的过程中，基于该区域释放的高空气球，进行大气廓线(如水汽、气压和温度)的持续测定。
73.其中，第二预设区域可以与第一预设区域完全重叠或非完全重叠，不加限制。
74.步骤204、根据测定的出射辐亮度、大气参数和大气廓线，进行辐射定标。
75.具体可以卫星过境时刻的大气参数和大气廓线为基础，利用辐射传输模型模拟卫星过境时刻的大气透过率；根据模拟的卫星过境时刻的大气透过率，以及出射辐亮度和靶标开口与卫星载荷空间分辨率之间的比值，模拟卫星载荷过境时刻的入瞳辐亮度；之后，提取卫星载荷影像的靶标影像，获取各靶标区域的总体dn值，并构建载荷模拟的入瞳辐亮度与总体dn值之间的定量关系，实现辐射定标。
76.其中，dn为digital number的缩写，是指遥感影像像元亮度值，即记录的地物的灰度值。
77.本实施例通过布设多个开口不同的微光靶标设备，形成星载微光载荷绝对辐射定标靶标阵列，可实现多点、全波段辐射定标，并通过不同开口的微光靶标组合，结合实测的靶标辐亮度、大气廓线和气溶胶含量等参量，借助辐射传输模型模拟大气层顶星载微光载荷的入瞳辐亮度，可实现不同空间分辨率的星载微光载荷的高精度绝对辐射定标。
78.需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
79.为了描述的方便，描述以上系统或装置时以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本技术时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
80.通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
81.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一、第二、第三和第四等之类的关系术语
仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
82.以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。