用于光学载荷性能评价的新型人工靶标及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及遥感技术领域，尤其涉及一种新型的用于光学载荷性能评价的人工靶 标的设计和制作。
【背景技术】
[0002] 遥感技术能够大范围、动态的获取目标电磁辐射信息，实现对于地物真实物理属 性的高效认知，在资源、测绘、气象和军事侦察等方面具有广阔的应用前景。随着对地观测 遥感技术逐渐向满足定量化应用方向发展，常态化地定期监测卫星载荷运行过程中性能动 态变化、精确检测变化程度、准确发现变化的原因并制定针对性的补救措施已得到国内外 广泛的重视。
[0003] 我国自"九五"以来自主研发了多种星载、机载遥感载荷，形成了资源、环境、气象、 海洋等卫星系列，然而，目前我国行业部门事实上还是以使用国外遥感数据为主，其主要原 因之一在于我国遥感技术链中长期缺乏有效的载荷性能与数据质量检测环节，对于载荷在 轨定标及性能评测、遥感数据及产品的精准性和可靠性真实性验证仍存在诸多技术问题。 受航天遥感载荷在轨性能无法直接检测的制约，在轨运行遥感载荷性能动态检测与定标、 遥感产品质量分析与真实性检验必须以地面目标测量值为参照基准，因此稳定、精准地面 标准参照目标成为其中关键一环。"十一五"期间科技部"无人机遥感载荷综合验证系统" 项目针对光学载荷性能测试，研制布设了灰度靶标、三线靶标、彩色靶标、扇形靶标、几何十 字标、MTF刃边靶标等不同用途的多种移动式人工目标，极大改善了我国测试标准目标体系 的完整性，为实现可常态化运行的载荷性能综合测试奠定了一定基础，但其依然采用测后 回收的方式，不仅每次测试都要耗费大量人力、物力重新布设，而且由于移动式人工目标大 多采用喷涂化学材料的研制方式，使得不同测试时期内目标性状的不稳定也会对评价结果 带来不确定性。
[0004] 固定式测试目标能够提供一致性强、重复利用度高的参考信息，对于经常性的开 展载荷性能检测，尤其是高重访的卫星载荷周期性质量检测具有重要作用。为了保障遥感 载荷长期业务运行期间的数据质量，达到预期的应用目标，国内一些测试场已经具备了一 些自然或人工的固定式测试目标，例如用于卫星光学/红外载荷辐射定标的敦煌戈壁、青 海湖等自然场景，嵩山场采用刷漆方式研制、布设的用于辐射定标、MTF性能及地面分辨率 评价的固定式人工目标。然而，这些目标存在以下主要技术缺陷： 1)自然场景目标存在均匀性、稳定性差，动态范围不足等问题。
[0005] 2)采用喷涂、刷漆方式研制的人工目标的光谱稳定性较差，极易受到环境因素，例 如的雨水、霜冻的影响干扰而引起光谱快速退化，影响评价结果的精度。
[0006] 3)采用喷涂、刷漆方式研制的固定式人工目标的渗水性较差，靶标表面容易产生 积水。
【发明内容】
[0007] 针对目前固定式测试目标存在的问题，本专利提出了一种新的稳定性好、朗伯性 佳的铺设新技术，研制了一套几何、辐射合为一体的航空/航天共用高分辨率光学载荷定 标与图像质量检测固定人工靶标。解决现有技术存在的均匀性、稳定性差、动态范围不足及 光谱稳定性差等问题。
[0008] 本发明的技术方案是：一种用于光学载荷性能评价的新型人工靶标，包括相邻设 置的刃边靶标A和扇形靶标B，其特征在于，所述的刃边靶标A表面形状为正方形，边长为 48m，该正方形分为四个区域，呈"田"字形，其中一对对角的两个区域分别为黑色区域和灰 色区域，另外两个区域为白色区域，黑色区域与白色区域的对比度大于5 : 1，灰色区域的 反射率基本介于黑色区域与白色区域之间；所述的刃边靶标A的刃边与真北方向的夹角约 为5° ;所述的扇形祀标B为一个总圆心角为155°、外半径为50m、内半径为2m的扇形，该 扇形分为多个小弧角为5°、黑白相间的小扇形组成，相邻两个小扇形的对比度大于5 : 1; 所述的刃边靶标A和扇形靶标B均采用稳定性好、朗伯性佳的天然砾石材料铺设而成。
[0009] 所述的刃边靶标A采用角钢焊接"田"字形刃边框架；扇形靶标B采用角钢焊接组 成扇形框架；在对应于刃边框架和扇形框架的多个位置下面设置混凝土墩和角钢预埋件， 在焊接靶标框时与角钢预埋件焊接固定；在刃边框架、扇形框架、弧形中间角钢及预埋件表 面涂刷两遍黑色防锈油漆。
[0010] 在所述的天然砾石材料的下面是铺设有透水土工布。
[0011] 一种所述的用于光学载荷性能评价的新型人工靶标的制作方法，其特征在于，包 括以下步骤： (1) 垫层铺设、找平； (2) 焊接刃边框架和扇形框架； (3) 在对应于刃边框架和扇形框架的边角处布设混凝土墩和角钢埋件； (4) 在扇形框架每条边均匀布设15个长约600mm的角钢预埋件用于固定靶标框； (5) 检测垂直度、角度和平整度； (6) 采用黑、白、灰色砾石分别铺设刃边靶标A的黑、白、灰色区域，采用黑、白色砾石铺 设扇形靶标B，找平； (7) 周边区铺设：为了降低靶标周围背景辐射的影响，在靶标周边铺设厚度为50mmmm 的黑色靶标石，找平。
[0012] 从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果： (1) 可极大提高卫星载荷在轨定标及性能评价的频次； (2) 靶标光谱稳定性好，不会受到雨水、霜冻的影响而引起光谱快速退化，有效提高定 标和性能评价精度； (3) 靶标的几何形状受雨雪、霜冻而受到的影响小；靶标的渗透性很好且具有良好的自 我清洁能力，可大幅降低常态化运行所需的维护成本。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明固定式人工靶标的整体平面结构示意图； 图2是本发明固定式人工靶标具体实施例(标有几何参数）的整体平面结构示意图； 图3是图1中刃边祀标的基本形状不意图； 图4是图1中扇形祀标的基本形状不意图； 图5是本发明固定式人工靶标的垫层断面结构示意图； 图6是本发明采用的靶标石的三种颜色对比图； 图7是本发明采用的三种颜色靶标石的光谱曲线图。
【具体实施方式】
[0014] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图1~图7,对本发明进一步详细说明。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领 域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了 解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的 值。
[0015] 本发明针对涂料刷制传统工艺难以克服的靶标光谱特性退化显著问题，采用稳定 性好、朗伯性佳的自然砾石材料铺设新技术，在包头遥感综合验证场(经度：1〇9°37 y 44 ， 纬度：40° 51 y 6 )研制、布设几何、辐射合为一体的航空/航天共用高分辨率光学载荷定 标与图像质量检测固定人工靶标，大幅降低常态化运行所需的维护成本。本发明主要涉及 的关键技术主要包括固定靶标设计以及研制方案。
[0016] 1、固定靶标的设计 (1)刃边/辐射复用靶标 参见图1-图3,根据"刃边法"MTF特性测试原理，刃边靶标A由一个尽可能低反射率 和足够高反射率的边界区域组构成。靶标大小应保证足够多的数据点进行计算，至少15*15 像元。为了满足至少3m地面分辨率的遥感载荷周期性MTF评价需求，设定刃边靶标A大小 为48mX48m。利用"刃边法"计算传感器在轨MTF时，根据离散采样系统成像结果与采样相 位相关的原理，使刃边靶标A与系统的采样方向有一定的夹角，利用扫描行间的相位差异 获得亚像元水平的系统响应。通过前期理论与仿真研究，当夹角〈10°时，能够获得较密集 的采样点，MTF计算精度受算法影响较小。因此，通过计算国内外典型高分辨率卫星飞行方 向与真北的夹角，设计刃边靶标A的"刃边"与真北方向夹角约为5°。
[0017] 表1几种典型高分辨率卫星飞行方向
【主权项】
1. 一种用于光学载荷性能评价的新型人工靶标，包括相邻设置的刃边靶标A和扇形靶 标B，其特征在于，所述的刃边靶标A表面形状为正方形，边长为48m，该正方形分为四个区 域，呈"田"字形，其中一对对角的两个区域分别为黑色区域和灰色区域，另外两个区域为白 色区域，黑色区域与白色区域的对比度大于5 : 1，灰色区域的反射率基本介于黑色区域与 白色区域之间；所述的刃边靶标A的刃边与真北方向的夹角约为5° ;所述的扇形靶标B为 一个总圆心角为155°、外半径为50m、内半径为2m的扇形，该扇形分为多个小弧角为5°、 黑白相间的小扇形组成，相邻两个小扇形的对比度大于5 : 1;所述的刃边靶标A和扇形靶 标B均采用稳定性好、朗伯性佳的天然砾石材料铺设而成。
2. 根据权利要求1所述的用于光学载荷性能评价的新型人工靶标，其特征在于，所述 的刃边靶标A采用角钢焊接"田"字形刃边框架；扇形靶标B采用角钢焊接组成扇形框架； 在对应于刃边框架和扇形框架的多个位置下面设置混凝土墩和角钢预埋件，在焊接靶标框 时与角钢预埋件焊接固定；在刃边框架、扇形框架、弧形中间角钢及预埋件表面涂刷两遍黑 色防锈油漆。
3. 根据权利要求1所述的用于光学载荷性能评价的新型人工靶标，其特征在于，在所 述的天然砾石材料的下面铺设有透水土工布。
4. 一种权利要求1所述的用于光学载荷性能评价的新型人工靶标的制作方法，其特征 在于，包括以下步骤： (1) 垫层铺设、找平； (2) 焊接刃边框架和扇形框架； (3) 在对应于刃边框架和扇形框架的边角处布设混凝土墩和角钢埋件； (4) 在扇形框架每条边均匀布设15个长约600mm的角钢预埋件用于固定靶标框； (5) 检测垂直度、角度和平整度； (6) 采用黑、白、灰色砾石分别铺设刃边靶标A的黑、白、灰色区域，采用黑、白色砾石铺 设扇形靶标B，找平； (7) 周边区铺设：为了降低靶标周围背景辐射的影响，在靶标周边铺设厚度为50mm的 黑色靶标石，找平。
【专利摘要】一种用于光学载荷性能评价的新型人工靶标及其制作方法，包括相邻设置的刃边靶标和扇形靶标，刃边靶标表面形状为正方形，该正方形分为四个区域，呈“田”字形，其中一对对角的两个区域分别为黑色区域和灰色区域，另外两个区域为白色区域；刃边靶标边长为48m，刃边与真北方向的夹角约为5o；扇形靶标为一个总圆心角为155°、外半径为50m、内半径为2m的扇形，由多个小弧角为5°、黑白相间的小扇形组成；采用天然砾石材料铺设而成。本发明可极大提高卫星载荷在轨定标及性能评价的频次；靶标光谱稳定性好，不会受到雨水、霜冻的影响而引起光谱快速退化；靶标的渗透性很好且具有良好的自我清洁能力，可大幅降低常态化运行所需的维护成本。
【IPC分类】G01M11-02
【公开号】CN104677598
【申请号】CN201510043494
【发明人】李传荣, 马灵玲, 唐伶俐, 高彩霞, 李晓辉, 王宁, 胡坚, 窦帅, 刘耀开, 张丹丹
【申请人】中国科学院光电研究院
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年1月28日