一种基于空间朗伯球体的光学遥感卫星绝对辐射定标方法，通过在空间中部署空间朗伯球体，将衰减到合适范围的太阳辐射直接引入卫星遥感器。通过卫星姿态机动对深空背景成像确定背景信号；利用卫星工具软件计算满足定标条件的时间段，并选取成像时刻点，通过卫星姿态机动对空间朗伯球体成像确定空间朗伯球体反射信号，由此计算成像时刻点遥感器入瞳处的辐照度，并通过获取多组数据确定单点的绝对辐射定标系数。本发明专利技术方法避免了大气条件和地面目标特性的影响，建立了统一的空间光学辐射基准，满足全光路、全孔径、与太阳光谱分布匹配的辐射定标要求，能够实现卫星遥感器的常态化监测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于遥感卫星辐射定标领域，涉及一种对空间光学遥感卫星的在轨辐射性 能进行常态化绝对定标的方法。
技术介绍
随着遥感应用的深入，定量遥感已成为遥感应用的重点，而定量遥感的基础和前 提是遥感器的辐射定标。空间遥感器的辐射定标可以分为发射前的实验室定标和发射后的 在轨定标。由于卫星发射之后，随着工作环境和长期工作状态等各种因素的影响，都可能使 发射前的定标系数发射改变，因此发射后的在轨定标是确保遥感数据可靠度和准确度的关 键。 发射后的在轨定标方法主要有场地定标、星上定标等方法。场地定标是依赖地球 表面大面积均匀稳定的地物作为定标源，实现在轨卫星的辐射定标，该类方法受到地物目 标特性和大气状况影响，其定标精度偏低且成本较高。星上定标是通过星上定标装置实现 定标，根据所用定标光源的不同，主要有内置灯、月球、恒星、太阳定标等方式。内置灯是早 期的定标方案中常用的一种方式，但是内置灯是一种加入到光路中的人工光源，存在非全 光路、与太阳光谱分布差异大等缺陷。月球通过依靠太阳而发光，其光谱特性与太阳光谱以 及月球本身的吸收、反射特性相关，由于目前尚未获得准确的月球光谱分布，其辐照模型尚 未达到实际应用的精度，因此通过月球定标的方式还不能直接用于绝对定标中，只可以用 于相对辐射校正。恒星作为一种天体目标，也具有一定亮度，但是除太阳外目前研究中的恒 星亮度均无法达到要求，无法用于星上辐射定标。目前常用的一个定标光源是太阳，它是 一个均匀且高度稳定的朗伯光源，通过反射或者透射的方式将太阳能量衰减到合适的范围 后，能够为空间遥感器提供稳定且精确的定标途径。通过星载太阳漫射板，覆盖有漫射材料 的太阳漫反射板均具有很好的均匀性和朗伯特性，太阳漫射板打开后可以实现对遥感器的 太阳定标，这种方法一般具有全口径、全光路、光谱匹配性好等优点，是目前星上定标的主 要手段之一。但是受到技术条件限制，这种方式需要在卫星本身安装单独的太阳漫反射板， 其结构设计复杂，容易受到卫星排出物的污染，而且增加了整星系统的运行负担，此外这种 方式中零部件的失效将对后续的定标工作带来巨大的影响。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于空间朗伯球体 的光学遥感卫星绝对辐射定标方法，可以在不增加额外星载定标设备的基础上，摆脱地面 目标特性的影响和大气条件的影响，以太阳为定标源实现全光路、全孔径、光谱匹配的高精 度绝对辐射定标。 本专利技术的技术解决方案是：一种基于空间朗伯球体的光学遥感卫星绝对辐射定标 方法，包括如下步骤： (1)通过运载火箭发射方式或者卫星释放发射方式向空间中发射一颗人造朗伯球 体，球体的直径与轨道位置满足卫星定标对信号能量的要求；所述的人造朗伯球体为表面 具有接近朗伯特性的均匀球体； (2)设置待标定卫星遥感器的参数，使积分时间、增益和级数在整个标定过程中保 持不变； (3)对卫星进行姿态机动，使待标定卫星遥感器指向深空背景，获取待标定卫星 遥感器成像像元的灰度值，共进行η次测量，得到每次测量的像元k的灰度值DNMl，其中 η多l，k为遥感器像元的位置，k的取值范围是从1到遥感器像元的总数，i为测量的次数， i = 1,2,3......，η ;n次测量完成之后，计算出待标定卫星遥感器像元k的背景信号平均 值 DNk。， ⑷建立包含卫星、人造朗伯球体和太阳的场景，仿真太阳辐射能量的传递，得到 卫星、人造朗伯球体和太阳三者之间的位置关系满足定标条件的时间段；所述的定标条件 包括几何可见条件和传感器可见条件，几何可见条件为卫星与人造朗伯球体二者之间的连 线不受地球遮挡，传感器可见条件为人造朗伯球体处于地影之外，人造朗伯球体能够反射 太阳辐射能从而实现观测成像； (5)从满足定标条件的时间段中选取某一成像时刻点，对卫星进行姿态机动，使待 标定卫星遥感器的入瞳法线指向朗伯球体，将遥感器观测人造朗伯球体的方位角记为Φ， 获取人造朗伯球体与太阳的相对距离LK])、人造朗伯球体与待定标卫星遥感器入瞳处的相 对距离、太阳与人造朗伯球体之间的连线以及待定标卫星遥感器与人造朗伯球体之间 的连线的夹角Θ ,，由此得到人造朗伯球体反射太阳辐射能到达卫星遥感器入瞳处的辐照 度Ekj，人造朗伯球体像点对应的像元位置k及灰度值DNkj; (6)在保持Φ不变的条件下，重复步骤（5)，得到像元k的η次测量对应的灰度值 DNk]和入瞳辐照度E k]，结合像元的背景信号值DNk。，通过最小二乘法建立线性响应关系，得 到像元k的绝对福射定标系数Gk， 所述步骤（1)中卫星定标对信号能量的要求为：卫星遥感器能够接收到人造朗伯 球体反射的太阳光能量，且卫星遥感器中的探测器产生的信号电压位于探测器饱和信号电 压值的20%~80%之间。 所述的人造朗伯球体为铝制球体，表面通过粘合剂涂覆有硫酸钡粉。 本专利技术与现有技术相比的优点在于： (1)本专利技术方法采用朗伯球体将太阳辐射作为定标源间接引入遥感器，定标源位 于整个系统外部，能对整个光路中的光学元件进行定标，还可充满遥感器孔径，满足全光 路、全孔径、与太阳光谱分布匹配的辐射定标要求； (2)本专利技术方法采用在轨的朗伯球体直接反射太阳辐射，摆脱了大气条件和地面 目标特性的限制，避免了太阳辐射传递链路中大气、地面目标等环境因素引入的不确定性， 提高了在轨绝对辐射定标精度； (3)本专利技术方法通过在空间中部署朗伯球体，建立了统一的空间光学辐射基准，可 以对卫星遥感器实现常态化监测，及时修正卫星遥感器的辐射响应变化，提高卫星遥感器 的在轨辐射定标响应效率； (4)本专利技术方法通过使用在轨的朗伯球体就可开展定标，易于实现，无需在卫星本 身安装额外的定标仪器设备，有利于减轻现有光学遥感卫星星上系统的负担。【附图说明】 图1为本专利技术方法的流程框图； 图2为本专利技术的太阳辐射能传递模型示意图； 图3为本专利技术的特征参量不意图； 图4为本专利技术的朗伯球体反射信号DN值与深空背景信号DN值的关系。【具体实施方式】 如图1所示，为本专利技术方法的流程框图，主要步骤如下： (1)通过运载火箭发射方式或者卫星释放发射方式向空间中发射一颗人造朗伯球 体，球体的直径与轨道位置满足卫星定标对信号能量的要求； 卫星定标对信号能量的要求为卫星遥感器接收到球体反射太阳光能量，遥感器中 的探测器产生的信号电压位于探测器饱和信号电压值的20%~80%之间。 所述的人造朗伯球体为表面具有接近朗伯特性的均匀球体，其中的一种实施例是 硫酸钡朗伯球体，硫酸钡朗伯球体采用喷涂的方法制成。首先将均匀的铝制球体表面用砂 纸磨光，将硫酸钡粉与乳白胶混合制成半糊状均匀地喷涂在磨光的铝制球体表面，干燥后 即可获得人造朗伯球体。 (2)设置待标定卫星遥感器的参数，使积分时间、增益和级数在整个标定过程中保 持不变。 (3)对卫星进行姿态机动，使待标定卫星遥感器指向深空背景，获取待当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于空间朗伯球体的光学遥感卫星绝对辐射定标方法，其特征在于包括如下步骤：(1)通过运载火箭发射方式或者卫星释放发射方式向空间中发射一颗人造朗伯球体，球体的直径与轨道位置满足卫星定标对信号能量的要求；所述的人造朗伯球体为表面具有接近朗伯特性的均匀球体；(2)设置待标定卫星遥感器的参数，使积分时间、增益和级数在整个标定过程中保持不变；(3)对卫星进行姿态机动，使待标定卫星遥感器指向深空背景，获取待标定卫星遥感器成像像元的灰度值，共进行n次测量，得到每次测量的像元k的灰度值DNk0i，其中n≥1，k为遥感器像元的位置，k的取值范围是从1到遥感器像元的总数，i为测量的次数，i＝1,2,3......,n；n次测量完成之后，计算出待标定卫星遥感器像元k的背景信号平均值DNk0，DNk0=1nΣi=1i=nDNk0i;]]>(4)建立包含卫星、人造朗伯球体和太阳的场景，仿真太阳辐射能量的传递，得到卫星、人造朗伯球体和太阳三者之间的位置关系满足定标条件的时间段；所述的定标条件包括几何可见条件和传感器可见条件，几何可见条件为卫星与人造朗伯球体二者之间的连线不受地球遮挡，传感器可见条件为人造朗伯球体处于地影之外，人造朗伯球体能够反射太阳辐射能从而实现观测成像；(5)从满足定标条件的时间段中选取某一成像时刻点，对卫星进行姿态机动，使待标定卫星遥感器的入瞳法线指向朗伯球体，将遥感器观测人造朗伯球体的方位角记为φ，获取人造朗伯球体与太阳的相对距离L1(j)、人造朗伯球体与待定标卫星遥感器入瞳处的相对距离L2(j)、太阳与人造朗伯球体之间的连线以及待定标卫星遥感器与人造朗伯球体之间的连线的夹角θj，由此得到人造朗伯球体反射太阳辐射能到达卫星遥感器入瞳处的辐照度Ekj，人造朗伯球体像点对应的像元位置k及灰度值DNkj；(6)在保持φ不变的条件下，重复步骤(5)，得到像元k的n次测量对应的灰度值DNkj和入瞳辐照度Ekj，结合像元的背景信号值DNk0，通过最小二乘法建立线性响应关系，得到像元k的绝对辐射定标系数Gk，Gk=Σj=1n[(DNkj-DNk0)·Ekj]Σj=1nEkj2.]]>...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王倩莹，赵志伟，高冀，宋政吉，徐鹏，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京;11
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