一種基于恒星的空間相機(jī)在軌絕對定標(biāo)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于恒星的空間相機(jī)在軌絕對定標(biāo)方法，特別是涉及一種目標(biāo)輻 射特性穩(wěn)定的恒星作為光源對空間相機(jī)在軌絕對定標(biāo)的方法，屬于在軌輻射定標(biāo)技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 絕對輻射定標(biāo)是建立遙感器記錄的數(shù)字信號與對應(yīng)的輻射能量之間的數(shù)量關(guān)系。 美國國家標(biāo)準(zhǔn)化與技術(shù)研宄所NIST (National Institute Of Standards and Technology) 的聯(lián)合報告給出輻射定標(biāo)的定義為：定標(biāo)是在一系列的測量過程中決定儀器在空間域、時 間域、光譜域的輻射性能，它的輸出是一個與實際輻射能量測量值相關(guān)的數(shù)值。
[0003] 空間相機(jī)在衛(wèi)星發(fā)射前會在地面進(jìn)行輻射定標(biāo)。空間相機(jī)入軌后在軌運(yùn)行期間由 于儀器本身的老化，光學(xué)系統(tǒng)和電子學(xué)系統(tǒng)的各種輻射性能都會下降，導(dǎo)致圖像質(zhì)量退化， 因此空間相機(jī)在軌定標(biāo)顯得十分必要。
[0004] 我國的在軌輻射定標(biāo)技術(shù)經(jīng)歷了星上內(nèi)定標(biāo)，星上內(nèi)定標(biāo)與在軌場地定標(biāo)聯(lián)合， 在軌場地定標(biāo)這三個階段，目前在軌階段的輻射定標(biāo)主要以場地定標(biāo)為主。我國在軌輻射 校正精度一般只能達(dá)到7%左右，國際上已實現(xiàn)優(yōu)于3%。傳統(tǒng)定標(biāo)方法逐漸不能滿足于高 精度定量化遙感應(yīng)用的需要，例如星上內(nèi)定標(biāo)會受到在軌環(huán)境的不確定性以及儀器衰減等 方面的影響；而場地定標(biāo)方法則會受進(jìn)場次數(shù)和天氣條件的限制，隨著器件的老化，在軌場 地定標(biāo)還需周期性進(jìn)行，人力物力都要增加，定標(biāo)間隔周期較長。如何尋求更加經(jīng)濟(jì)有效的 具備高精度和高頻次特性的在軌定標(biāo)方法，是光學(xué)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)一直追求的目標(biāo)和持續(xù)努 力的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種基于恒星的空間相機(jī)在軌 絕對定標(biāo)方法，該方法結(jié)合衛(wèi)星姿態(tài)調(diào)整、對目標(biāo)輻射特性穩(wěn)定的恒星成像和優(yōu)化的絕對 定標(biāo)算法的優(yōu)勢，根據(jù)衛(wèi)星運(yùn)行和目標(biāo)恒星的輻亮度，動態(tài)獲取絕對輻射定標(biāo)系數(shù)，保證在 軌絕對定標(biāo)精度。
[0006] 本發(fā)明的上述目的主要是通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的：
[0007] -種基于恒星的空間相機(jī)在軌絕對定標(biāo)方法，包括如下步驟：
[0008] 步驟（一）、在依巴谷星表中選取光譜范圍和衛(wèi)星上的待定標(biāo)空間相機(jī)探測器光 譜范圍接近的m顆恒星，其中m為正整數(shù)，且m彡3 ;
[0009] 步驟（二）、待定標(biāo)空間相機(jī)對均勻暗目標(biāo)成像，所述均勻暗目標(biāo)包括海洋，平靜 的湖面和深空，并統(tǒng)計圖像灰度值，取平均灰度值作為系統(tǒng)暗信號DN sdarit;
[0010] 步驟（三）、在地影區(qū)對衛(wèi)星進(jìn)行姿態(tài)控制，使衛(wèi)星由對地指向變?yōu)橹赶蛏羁罩械?一顆恒星，所述恒星為步驟（一）中選取的m顆恒星中的任意一顆，使所述恒星成像于空間 相機(jī)探測器的四角和中心，完成一圈理想成像，并得到成像像元的矩形灰度圖像；所述矩形 灰度圖像包括LXL個灰度值，選取中心位置的灰度值作為成像像元的灰度值DNli, i = I ; 重復(fù)上述成像過程，實現(xiàn)η圈理想成像，得到η個成像像元的矩形灰度圖像，并得到η個成 像像元的灰度值DNn，i = Ι - η，通過如下公式得到空間相機(jī)的灰度值DCj，其中j表示恒星 編號，取值為1···πι;
【主權(quán)項】
1. 一種基于恒星的空間相機(jī)在軌絕對定標(biāo)方法，其特征在于：包括如下步驟： 步驟（一）、在依巴谷星表中選取光譜范圍和衛(wèi)星上的待定標(biāo)空間相機(jī)探測器光譜范 圍接近的m顆恒星，其中m為正整數(shù)，且m彡3 ; 步驟（二）、待定標(biāo)空間相機(jī)對均勻暗目標(biāo)成像，所述均勻暗目標(biāo)包括海洋，平靜的湖 面和深空，并統(tǒng)計圖像灰度值，取平均灰度值作為系統(tǒng)暗信號DNsdarit; 步驟（三）、在地影區(qū)對衛(wèi)星進(jìn)行姿態(tài)控制，使衛(wèi)星由對地指向變?yōu)橹赶蛏羁罩械囊活w 恒星，所述恒星為步驟（一）中選取的m顆恒星中的任意一顆，使所述恒星成像于空間相機(jī) 探測器的四角和中心，完成一圈理想成像，并得到成像像元的矩形灰度圖像；所述矩形灰度 圖像包括LXL個灰度值，選取中心位置的灰度值作為成像像元的灰度值DN li, i = 1 ;重復(fù) 上述成像過程，實現(xiàn)η圈理想成像，得到η個成像像元的矩形灰度圖像，并得到η個成像像 元的灰度值DNn，i = L···]!，通過如下公式得到空間相機(jī)的灰度值DCj，其中j表示恒星編 號，取值為1···πι;
步驟（四）、根據(jù)步驟（三）得到的η個矩形灰度圖像，在軟件中顯示為η個三維圖像， 所述η個三維圖像即為η個點擴(kuò)散函數(shù)PSF，將η個點擴(kuò)散函數(shù)PSF歸一化，得到二維圖像， 取過二維圖像中心點且垂直于二維圖像邊界的任意方向的一組數(shù)值，該組數(shù)值繪制的曲線 的主瓣部分即為環(huán)繞能量 步驟（五）、通過如下公式計算所述恒星的光譜校正函數(shù)SCFj:
其中： LstoU)為恒星的等效輻亮度； Lgnd(X)為地面場景在空間相機(jī)入瞳處的等效輻亮度； RSRj ( λ )為等效光譜響應(yīng)； Ah為空間相機(jī)探測器光譜范圍的上限波長； A1為空間相機(jī)探測器光譜范圍的下限波長； 步驟（六）、誦討如下公式得到苧間相機(jī)入瞳樸恒星的等效輻亮度L;:
其中： Fi(A)為空間相機(jī)入瞳處恒星的光譜輻射通量； Dd。為單一探測器的立體角； 步驟（七）、重復(fù)步驟（三）~步驟（六），得到其余n-1顆恒星對應(yīng)的灰度值DCjP 等效福亮度Lj，通過最小二乘法建立線性響應(yīng)關(guān)系，得到絕對定標(biāo)系數(shù)CalCoef。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述得一種基于恒星的空間相機(jī)在軌絕對定標(biāo)方法，其特征在于： 所述步驟（一）中選取的恒星的光譜范圍的上限與待定標(biāo)空間相機(jī)探測器光譜范圍的上限 偏差在10%以內(nèi)，選取的恒星的光譜范圍的下限與待定標(biāo)空間相機(jī)探測器光譜范圍的下限 偏差在10%以內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于恒星的空間相機(jī)在軌絕對定標(biāo)方法，其特征在于： 所述步驟（三）中采用matIab軟件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于恒星的空間相機(jī)在軌絕對定標(biāo)方法，其特征在于： 所述步驟（一）中選取恒星7~10顆。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于恒星的空間相機(jī)在軌絕對定標(biāo)方法，該方法充分利用了衛(wèi)星平臺姿態(tài)機(jī)動調(diào)整的能力，建立目標(biāo)輻射特性穩(wěn)定的恒星源與空間相機(jī)輸出的灰度值的對應(yīng)關(guān)系，結(jié)合對恒星成像和優(yōu)化的絕對定標(biāo)算法的優(yōu)勢，實現(xiàn)了空間相機(jī)在軌絕對輻射定標(biāo)；此外本發(fā)明采用衛(wèi)星姿態(tài)調(diào)整的成像模式，對定標(biāo)環(huán)境要求低，不需增加額外定標(biāo)設(shè)備，且在軌絕對定標(biāo)不依賴于專用定標(biāo)場所，從而顯著降低定標(biāo)成本，節(jié)省定標(biāo)時間。
【IPC分類】G01C25-00
【公開號】CN104729535
【申請?zhí)枴緾N201510116866
【發(fā)明人】葉釗, 王超, 竇強(qiáng), 韓杏子, 董小靜, 尹歡
【申請人】航天東方紅衛(wèi)星有限公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月17日