一种非成像传感器的检验方法技术

一种非成像传感器的检验方法，包括：获取非成像传感器探测数据，包括待分析数据和背景数据，并对获取的数据进行预处理，其中，待分析数据与背景数据为同一区域的探测数据；对预处理后的待分析数据和背景数据作网格化处理，得到时序待分析数据和时序背景数据；对时序待分析数据和时序背景数据进行滤波并归一化；计算归一化后的时序待分析数据与时序背景数据的差值平均值、差值标准差和相关系数；根据计算结果检验非成像传感器是否正常工作。该方法简洁高效且通用，在外场条件不足、标准目标有限情况下，能实现非成像传感器的在轨检测，同时，可利用自身探测数据高频次开展传感器运行状态分析。

【技术实现步骤摘要】
一种非成像传感器的检验方法
本专利技术涉及卫星监测领域，尤其涉及一种非成像传感器检验方法。
技术介绍
电磁监测卫星上通常搭载有多种空间电磁类探测传感器，可为空间环境监测、地震预报预测和地球科学研究提供空间探测数据支持。由于受空间环境辐射影响，传感器在卫星运转周期内其工作状态、物理性能会发生变化，进而影响传感器探测数据的准确性及其在各项应用中的可靠性。因此，周期性追踪传感器性能是保障电磁卫星传感器探测工作高效运行的必要环节。目前，受卫星传感器、空间、能耗、技术等等多方面限制，电磁监测卫星尚不具备星上定标能力，针对非成像传感器的检测方法仍多以实验室检测为主、有限次野外测试为辅，如DEMETER卫星。前者在实验室中模拟空间环境对传感器进行仿真检测，无法传递检测结果以满足卫星运转后非成像传感器性能变化检测需求。后者利用室外特定布景条件下的试验场通过真实观测数据对星上传感器运行状态进行评价，并且可以补偿传感器实际工作中产生的多种漂移偏差，通过建立合理的数学模型预改这些偏差，提高电磁卫星空间观测的精准性。然而，利用试验场开展检验对场地及测量过程具有较严格的要求，同时野外测量需要耗费大量人力物力，无法满足非成像传感器高频次检测和分析需求。近年来，针对成像传感器，发展起来一种无场地的传感器检测技术，即交叉定标，该技术不需要地面试验场，利用地表同一标准目标就可以进行遥感成像传感器之间的在轨检测分析工作。但是，电磁监测卫星传感器面向空间离散点位观测，数据采样频率高，不同于常规的卫星数据，不具备成像特点。因此，需要专门针对电磁监测卫星非成像传感器探测特点，利用其高频次离散点位观测特点，设计一种基于探测数据自身的传感器在轨检验方法，实现卫星运转期间电磁探测类传感器的周期性、高频次的性能检测和分析能力。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对于现有的技术问题，本专利技术提供一种非成像传感器的检验方法，用于至少部分解决以上技术问题。(二)技术方案本专利技术提供一种非成像传感器的检验方法，包括：S1：获取非成像传感器探测的待分析数据和背景数据，并对待分析数据和背景数据进行预处理，其中待分析数据与背景数据为同一区域的探测数据；S2：对预处理后的待分析数据和背景数据作网格化处理，得到时序待分析数据和时序背景数据；S3：对时序待分析数据和时序背景数据进行滤波并归一化；S4：计算归一化后的时序待分析数据与时序背景数据的差值平均值、差值标准差和相关系数；S5：根据差值平均值、差值标准差和相关系数检验非成像传感器是否正常工作。可选地，待分析数据和背景数据存储格式为文本文件格式，在步骤S1中，对待分析数据和背景数据进行预处理包括：S1-1：对待分析数据和背景数据进行读写处理，提取“时间”、“轨道号”、“经度”、“纬度”、“探测值”关键参数，形成纯数据文件；S1-2；对待分析数据和背景数据进行异常数据剔除处理。可选地，的对探测数据进行异常数据剔除处理，包括：根据Kp指数和Dst指数两个地磁指数划定磁暴磁扰条件；根据磁暴磁扰条件剔除待分析数据和背景数据中的异常数据。可选地，S2包括：S2-1：根据卫星重返周期和非成像传感器采样频率特点，对预处理后的待分析数据进行空间网格和时间窗口设置，其中，在空间网格，时间窗口在时间轴上移动；S2-2：针对空间网格中，时间轴上一时间对应的时间窗口，对该时间窗口内的待分析数据求平均值，得到当前空间网格、当前时间段内的平均待分析数据；S2-3：重复步骤S2-2，对预处理后的待分析数据，依次计算时间轴上各时间对应时间窗口内的待分析数据平均值得到多个平均待分析数据，组成时序待分析数据；S2-4：重复步骤S2-1至S2-3，对预处理后的背景数据进行处理，得到时序背景数据。可选地，S3包括：S3-1：采用卷积平滑或单纯移动平均或线性加权平滑或高斯滤波平滑或巴特沃斯滤波平滑中的至少一种方法对时序待分析数据和时序背景数据进行滤波；S3-2：利用映射函数对时序待分析数据和时序背景数据进行归一化，其中，x和x*分别为归一化前后的时序待分析数据和时序背景数据，xmax和xmin分别为时序待分析数据和时序背景数据对应最大值和最小值。可选地，时序待分析数据及时序背景数据均包括电子浓度数据和离子浓度数据，S4包括：S4-1：利用公式计算归一化后的时序待分析数据，得到待分析差值平均值μanalysis；利用公式计算归一化后的时序待分析数据，得到待分析相关系数Ranalysis；S4-2：利用公式计算归一化后的时序背景数据，得到背景差值平均值μbg；利用公式计算归一化后的时序背景数据，得到背景差值标准差σbg；利用公式计算归一化后的时序背景数据，得到背景相关系数Rbg；其中，X、Y分别表示电子浓度数据和离子浓度数据，μXY为两者的差值平均值，σXY为两者的差值标准差，Z为两者的差值，RXY为两者的相关系数，Cov(X，Y)为两者的协方差，D(X)、D(Y)分别为两者的方差。可选地，待分析差值平均值、待分析相关系数、背景差值平均值、背景插值标准差及背景相关系数满足条件：μbg-σbg≤μanalysis≤μbg+σbgRanalysis≥Rbg则判定非成像传感器正常工作，否则提示非成像传感器存在异常。(三)有益效果本专利技术提供一种非成像传感器的检验方法，该方法简洁高效且通用，在外场条件不足、标准目标有限的情况下，能够实现非成像传感器的在轨检测。同时，考虑到待检验传感器的特点，可直接利用自身探测数据高频次开展传感器运行状态分析。附图说明图1是本专利技术实施例基于时序数据的非成像传感器检验方法的原理图。图2是本专利技术实施例基于时序数据的非成像传感器检验方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、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，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术实施例提出一种基于时序数据的非成像传感器在轨检验方法，该方法仅利用空间环境平静期相同卫星平台上的传感器自身探测数据，不需要构建地面试验场，不受检测条件、人力物力等因素的制约，可以随时随地进行检测和分析。解决了现有非成像传感器检测技术方案中试验外场布设有限、标准目标缺失、实验室检测结果无法传递等问题。而且，通过直接基于相同卫星平台上传感器自身的时序探测数据，还能有效降低同类型卫星在轨数量不足、覆盖范围重叠率低的影响，满足实际应用的需求。该方法的基本原理如图1所示，首先，获取同一卫星平台上的非成像传感器探测(等离子体分析仪和朗缪尔探针)的数据，即待分析数据和背景数据(基础数据)。本实施例获取的已经稳定运行和成熟应用的DEMETER(DetectionofElectro-MagneticEmissionTransmittedfromEarthquakeRegions，DEMETER)卫星上的两个传感器数据探测的数据，其次，对待分析数据和背景数据进行预处理，并剔除其中的异常数据。再次，对待分析数据和背景数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非成像传感器的检验方法，其特征在于，包括：/nS1：获取所述非成像传感器探测的待分析数据和背景数据，并对所述待分析数据和背景数据进行预处理，其中，所述待分析数据与背景数据为同一区域的探测数据；/nS2：对预处理后的待分析数据和背景数据作网格化处理，得到时序待分析数据和时序背景数据；/nS3：对所述时序待分析数据和时序背景数据进行滤波并归一化；/nS4：计算归一化后的所述时序待分析数据与所述时序背景数据的差值平均值、差值标准差和相关系数；/nS5：根据所述差值平均值、差值标准差和相关系数检验所述非成像传感器是否正常工作。/n

【技术特征摘要】
1.一种非成像传感器的检验方法，其特征在于，包括：
S1：获取所述非成像传感器探测的待分析数据和背景数据，并对所述待分析数据和背景数据进行预处理，其中，所述待分析数据与背景数据为同一区域的探测数据；
S2：对预处理后的待分析数据和背景数据作网格化处理，得到时序待分析数据和时序背景数据；
S3：对所述时序待分析数据和时序背景数据进行滤波并归一化；
S4：计算归一化后的所述时序待分析数据与所述时序背景数据的差值平均值、差值标准差和相关系数；
S5：根据所述差值平均值、差值标准差和相关系数检验所述非成像传感器是否正常工作。


2.根据权利要求1所述的非成像传感器的性能检验方法，其特征在于，所述待分析数据和背景数据存储格式为文本文件格式，在步骤S1中，对所述待分析数据和背景数据进行预处理包括：
S1-1：对所述待分析数据和背景数据进行读写处理，提取“时间”、“轨道号”、“经度”、“纬度”、“探测值”关键参数，形成纯数据文件；
S1-2；对所述待分析数据和背景数据进行异常数据剔除处理。


3.根据权利要求2所述的非成像传感器的性能检验方法，其特征在于，所述的对所述探测数据进行异常数据剔除处理，包括：
根据Kp指数和Dst指数两个地磁指数划定磁暴磁扰条件；
根据所述磁暴磁扰条件剔除所述待分析数据和背景数据中的异常数据。


4.根据权利要求1所述的非成像传感器的性能检验方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
S2-1：根据卫星重返周期和非成像传感器采样频率特点，对所述预处理后的待分析数据进行空间网格和时间窗口设置，其中，在所述空间网格，时间窗口在时间轴上移动；
S2-2：针对所述空间网格中，所述时间轴上一时间对应的时间窗口，对该时间窗口内的待分析数据求平均值，得到当前空间网格、当前时间段内的平均待分析数据；
S2-3：重复步骤S2-2，对所述预处理后的待分析数据，依次计算时间轴上各时间对应时间窗口内的待分析数据的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李传荣，朱小华，李子扬，唐伶俐，李晓辉，张静，杜鹏，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11