一种卫星光学遥感探测器的校准方法技术

技术编号：40912553 阅读：4 留言：0更新日期：2024-04-18 14:40

本发明专利技术属于卫星遥感技术领域，公开了一种卫星光学遥感探测器的校准方法。本发明专利技术利用能够产生多种波长单色光，并且能够调节光源发光强度和发光波长的地面校准光源系统，根据待校准指标，在多轮测量后得到总测试信息，并基于总测试信息对卫星光学遥感探测器的待校准指标进行校准。本发明专利技术能够对卫星光学遥感探测器进行全面校准，对卫星光学遥感探测器生产的反演产品质量进行定标和验证。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于卫星遥感，更具体地，涉及一种卫星光学遥感探测器的校准方法。

技术介绍

1、卫星遥感的应用效能很大程度上取决于遥感数据定量化水平，卫星光学遥感探测器在发射前虽然已经经过严格的实验室定标校准，但发射升空后，在空间运行的条件下，光学系统的玻璃材料、光学薄膜和光学探测器等会受到空间宇宙射线的辐射、真空环境、温度变化等因素影响，在高能射线的辐射下，窗口和透镜会逐渐变得不透明，辐射损伤会导致光学探测器敏感参数的退化，还会诱发电荷转移效率降低、暗电流增加，平带电压和阈值电压漂移等现象，从而影响光谱灵敏度、响应度、线性度、噪声等效功率、动态范围等性能，从而导致遥感数据定量化水平下降。

2、现有的卫星地面校准光源的发光光谱单一，波长不可控制，不能用于校准卫星光学传感器的光谱响应。即由于现有地面校准光源系统不能改变光源的发光波长，因此仅能对校准卫星光学遥感探测器的噪声等效功率、动态范围等参数进行校准，不具备校准卫星光学遥感探测器光谱灵敏度特性的能力(探测器的响应度与入射波长的关系称为光谱灵敏度特性)。故亟需设计并实现一种能够全面校准卫星光学遥感探测器性能参数的方案。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供一种卫星光学遥感探测器的校准方法，以全面校准卫星光学遥感探测器的性能参数。

2、本专利技术提供一种卫星光学遥感探测器的校准方法，包括以下步骤：

3、步骤1、调整地面校准光源系统的光源发光方向，使其对准卫星过顶位置；开启大气透过率测量设备；

<p>4、步骤2、根据待校准指标，控制所述地面校准光源系统按照指定的发光波长和发光强度出光，并在卫星过顶的时间范围内，执行第i轮测量，并得到第i轮测量对应的卫星光学遥感探测器的输出数据、大气透过率数据；

5、步骤3、卫星过顶时间结束后，判断总测试信息是否达到对待校准指标进行校准的要求，所述总测试信息包括当前获得的所有轮测试对应的卫星光学遥感探测器的输出数据、大气透过率数据和地面校准光源数据；若满足，则进入步骤4；若不满足，则返回至步骤2，更改发光波长、发光强度中的至少一个参数后，执行下一轮测量；

6、步骤4、基于所述总测试信息对卫星光学遥感探测器的待校准指标进行校准。

7、优选的，执行测量的过程中，控制所述地面校准光源系统保持在工作温度，并对发光强度进行实时监控测量和反馈补偿。

8、优选的，所述地面校准光源系统包含n个光源单元，n为大于等于3的整数；每个所述光源单元用于产生一种特定波长的单色光，不同的光源单元产生的单色光对应的波长不同，多个波长分别对应卫星光学遥感探测器响应光谱中的多个波长。

9、优选的，待校准指标分为两类，一类为与光源功率相关的指标，另一类为光谱灵敏度、光谱响应曲线改变的参数；

10、对于所述与光源功率相关的指标，所述地面校准光源系统的光源发光功率与所述卫星光学遥感探测器接收到的辐射亮度值的换算关系如下：

11、

12、式中，p为地面校准光源系统的光源发光功率，l为卫星光学遥感探测器接收到的辐射亮度值，ηatm为大气透过率，psf为探测器点扩散函数，isrf为探测器光谱响应曲线在选定的发光波长处的取值，θ为地面校准光源发散角，apixel为一个卫星光学遥感探测器像元对应的地面面积，δλ为卫星光学遥感探测器的带宽；

13、当对光谱响应定量分析时，分别采用多种不同特定波长的发光光源，此时地面校准光源系统的光源发光功率为发光功率谱密度的积分，表示为：

14、

15、式中，λk为采用的第k种特定波长，为地面校准光源系统中的第k个光源单元发光时对应的光源发光功率，b为发光功率谱密度，δλk为第k种特定波长光源的光谱宽度；

16、联立上述两个公式，得到所述卫星光学遥感探测器对于特定波长光源的光谱响应。

17、优选的，与光源功率相关的指标包括响应度、线性度、噪声等效功率和动态范围，待校准指标为所述与光源功率相关的指标时，采用下述方式进行校准：

18、步骤a、控制所述地面校准光源系统中的多个光源单元同时发光；设定i＝1，设置第i轮测量的第一次测量窗口时，所述地面校准光源系统的光源发光功率pi1为最大光功率pmax，测量所述卫星光学遥感探测器的输出值ii1；

19、步骤b、随着测量窗口轮次的增加，依次减少光源发光功率；将多次测量窗口下的光源发光功率分别记为pi2、……、pij，分别测量对应的所述卫星光学遥感探测器的输出值ii2、……、iij；其中，j为大于等于4的整数；

20、步骤c、判断iij是否小于噪声均方根值；若否，则令i＝i+1，并设置pi1＝p(i-1)j后返回至步骤b；若是，则根据光源发光功率及其对应的所述卫星光学遥感探测器的输出值，校准所述与光源功率相关的指标。

21、优选的，所述步骤b中，设定j＝4，设置

22、优选的，校准线性度时，以所述光源发光功率为横坐标，以所述卫星光学遥感探测器的输出值为纵坐标，绘制测量点曲线，选定拟合直线进行拟合；以相对误差σ表示线性度，表示如下：

23、

24、式中，δymax为测量点曲线与拟合直线的最大偏差，y为卫星光学遥感探测器满量程输出值；

25、校准噪声等效功率时，在测量点数据中寻找所述卫星光学遥感探测器的输出值等于噪声均方根值时对应的光源发光功率，将此光源发光功率记为pmin，计算pmin对应的所述卫星光学遥感探测器接收到的最小辐射亮度值lmin，并以此表示探测器的噪声等效功率；

26、当所述相对误差σ大于30％时，将所述卫星光学遥感探测器视为饱和状态；校准动态范围时，在测量点数据中寻找所述卫星光学遥感探测器的输出值达到饱和时对应的光源发光功率，将此光源发光功率记为pfull，计算pfull对应的所述卫星光学遥感探测器接收到的最大辐射亮度值lfull，所述卫星光学遥感探测器的动态范围表示为

27、校准响应度时，当所述相对误差σ小于30％时，以所述测量点曲线的斜率作为探测器的响应度。

28、优选的，设定卫星光学遥感探测器出厂时的光谱响应为r(λ)，卫星光学遥感探测器在轨的光谱响应r′(λ)＝ar(a(λ-λc))，探测器光谱响应曲线改变的参数包括在轨的光谱响应曲线的强度系数a、峰值波长漂移λc和光谱带宽系数a；待校准指标为所述探测器光谱响应曲线改变的参数时，采用下述方式进行校准：

29、步骤a、选择特定波长为λ1的光源单元发光，设置总发光功率，测量所述卫星光学遥感探测器的输出值i(λ1)；

30、步骤b、保持所述总发光功率不变，更换光源波长，依次选择特定波长为λ2、···、λn的光源单元发光，分别测量对应的所述卫星光学遥感探测器的输出值i(λ2)、···、i(λn)；

31、步骤c、在探测器光谱响应曲线上绘制(λ1,i(λ1))、(λ2,i(λ2))、···、(λn,i(λn)本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种卫星光学遥感探测器的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的卫星光学遥感探测器的校准方法，其特征在于，执行测量的过程中，控制所述地面校准光源系统保持在工作温度，并对发光强度进行实时监控测量和反馈补偿。

3.根据权利要求1所述的卫星光学遥感探测器的校准方法，其特征在于，所述地面校准光源系统包含n个光源单元，n为大于等于3的整数；每个所述光源单元用于产生一种特定波长的单色光，不同的光源单元产生的单色光对应的波长不同，多个波长分别对应卫星光学遥感探测器响应光谱中的多个波长。

4.根据权利要求3所述的卫星光学遥感探测器的校准方法，其特征在于，待校准指标分为两类，一类为与光源功率相关的指标，另一类为光谱灵敏度、光谱响应曲线改变的参数；

5.根据权利要求3所述的卫星光学遥感探测器的校准方法，其特征在于，与光源功率相关的指标包括响应度、线性度、噪声等效功率和动态范围，待校准指标为所述与光源功率相关的指标时，采用下述方式进行校准：

6.根据权利要求5所述的卫星光学遥感探测器的校准方法，其特征在于，所述步骤b中，设定j＝4，设置

7.根据权利要求5所述的卫星光学遥感探测器的校准方法，其特征在于，校准线性度时，以所述光源发光功率为横坐标，以所述卫星光学遥感探测器的输出值为纵坐标，绘制测量点曲线，选定拟合直线进行拟合；以相对误差σ表示线性度，表示如下：

8.根据权利要求3所述的卫星光学遥感探测器的校准方法，其特征在于，设定卫星光学遥感探测器出厂时的光谱响应为R(λ)，卫星光学遥感探测器在轨的光谱响应R′(λ)＝AR(a(λ-λc))，探测器光谱响应曲线改变的参数包括在轨的光谱响应曲线的强度系数A、峰值波长漂移λc和光谱带宽系数a；待校准指标为所述探测器光谱响应曲线改变的参数时，采用下述方式进行校准：

9.根据权利要求8所述的卫星光学遥感探测器的校准方法，其特征在于，根据测量点反演光谱响应曲线变化的实现方式包括：

10.根据权利要求9所述的卫星光学遥感探测器的校准方法，其特征在于，所述地面校准光源系统能够独立发出多个特定波长分别为λ1、…、λn的单色光，且λ1<λ2<…<λn；采用如下方式实现上述多个特定波长的最优选取：

...

【技术特征摘要】

1.一种卫星光学遥感探测器的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的卫星光学遥感探测器的校准方法，其特征在于，所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宣，邱燕倩，易洋，王凯楠，殷振平，王龙龙，穆勒，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：

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