基于稳定辐射源的光学遥感卫星辐射交叉定标方法与流程

1.本发明涉及一种基于稳定辐射源的光学遥感卫星辐射交叉定标方法。


背景技术：

2.辐射定标是光学遥感卫星在轨的一项重要工作，其主要内容是对星载光学相机辐射测量能力进行标校，实现单星或多星辐射定标。现有技术中，通常利用星载黑体、地面定标场等方式完成标校工作。但是，由于受大气的影响，使得在特定的光学谱段中很难直接利用地面定标场对星载光学相机进行辐射定标。同时，星载黑体也存在性能衰变、探测器性能衰减等问题，因此也难以对遥感卫星绝对辐射基准进行标校。可见，如何实现精准的多星交叉辐射定标/标校是辐射定标领域亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种基于稳定辐射源的光学遥感卫星辐射交叉定标方法。
4.为实现上述发明目的，本发明提供一种基于稳定辐射源的光学遥感卫星辐射交叉定标方法，包括以下步骤：
5.a、利用星载黑体对光学遥感卫星进行定标，得到定标系数；
6.b、根据定标系数计算稳定辐射源的辐射值；
7.c、重复所述步骤(a)和所述步骤(b)，获得一系列定标系数和辐射值；
8.d、根据光学遥感卫星的辐射测量性能的衰变情况选择性地进行辐射修正。
9.根据本发明的一个方面，在所述步骤(a)中，基于两点定标法得到相机线性响应的定标系数斜率ki和截距bi；
10.其中，i表示卫星入轨后基于星载黑体开展的第i次定标。
11.根据本发明的一个方面，在所述步骤(b)中，对两个以上的稳定辐射源进行观测，得到稳定辐射源的原始图像灰度值dn
n,j
，并利用与稳定辐射源观测时间最近的定标系数斜率ki和截距bi计算稳定辐射源的辐射值e
n,j
，如下式：
12.e
n,j
＝ki·
dn
n,j
bi；
13.其中，n＝1,2,3
…
表示第n次稳定辐射源观测。
14.根据本发明的一个方面，在所述步骤(d)中，当光学遥感卫星的辐射测量的性能衰变大于设定阈值η0时，则进行辐射修正；
15.其中，e
1,j
表示第j个稳定辐射源基于第1次定标系数计算得到的辐射值。
16.根据本发明的一个方面，所述步骤(d)中建立以下公式：
17.δkm·
dn
n,j
δbm＝e
1,j-e
n,j
；
18.其中，δkm和δbm为定标修正系数，m＝1,2,3
…
表示第m次辐射修正。
19.根据本发明的一个方面，采用矩阵形式，利用对稳定辐射源的观测结果，基于最小二乘法对定标修正系数δkm和δbm进行计算如下：
20.设dk＝ε，计算得k＝(d
t
d)-1dt
ε；
21.其中，其中，其中，
22.根据本发明的一个方面，在所述步骤(d)中，得到定标修正系数δkm和δbm后，利用ki δkm和bi δbm对目标和背景的辐射值进行计算。
23.设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现基于稳定辐射源的光学遥感卫星辐射交叉定标方法。
24.根据本发明的构思，使地面真空定标、在轨黑体定标和在轨恒星标校相结合来完成光学遥感卫星的在轨交叉辐射定标。其中，首先利用地面和卫星在轨初期黑体性能衰变小的特点确立载荷辐射基准，再通过定期观恒星等稳定辐射源标校/监测性能衰变情况修正黑体定标偏差，以实现光学遥感卫星在轨绝对辐射基准的稳定校正，从而为遥感数据定量化处理与应用提供支撑。
附图说明
25.图1示意性表示本发明的一种实施方式的基于稳定辐射源的光学遥感卫星辐射交叉定标方法的流程图。
具体实施方式
26.为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
28.本发明的基于稳定辐射源的光学遥感卫星辐射交叉定标方法，是在得到光学遥感卫星地面真空内外定标结果后，并假定相机辐射响应为线性响应的条件下，基于成熟的两点定标法完成。
29.参见图1，本方法首先利用星载黑体对光学遥感卫星进行定标，得到定标系数，然后根据定标系数计算稳定辐射源的辐射值。后续定期重复上述步骤，从而获得一系列定标系数和辐射值。最后，根据光学遥感卫星的辐射测量性能的衰变情况选择性地进行辐射修正。
30.本发明中，光学遥感卫星发射在轨初期，利用星载黑体进行定标，基于两点定标法得到相机线性响应的定标系数斜率k1和截距b1，由此完成了光学遥感卫星基于星载黑体的在轨第1次定标。此时，应及时对不少于两个稳定辐射源(如恒星等)进行观测，并基于定标系数斜率k1和截距b1得到原始图像灰度值dn
1,j
，再利用k1和b1系数计算得到辐射源的辐射
值信息e
1,j
＝k1·
dn
1,j
b1。其中，e
1,j
表示第j个稳定辐射源基于第1次定标系数计算得到的辐射值，该值也被记为辐射值的真值。
31.由此，在以后的光学遥感卫星在轨期间，可利用星载黑体定期开展在轨定标，利用两点定标法得到相应的一系列定标系数。另外，由于黑体在轨性能衰变，因此每次基于星载黑体定标都会得到不同的定标系数，故本发明用下标i(i＝1,2,3
…
)进行标记，记为斜率ki和截距bi。其中，i即为卫星入轨后基于星载黑体开展的第i次定标。同时，在此期间也需要定期对两个以上的稳定辐射源进行观测，从而得到一系列稳定辐射源的原始图像灰度值，记为dn
n,j
。之后，即可利用与稳定辐射源观测时间最近的定标系数斜率ki和截距bi计算稳定辐射源的辐射值e
n,j
，如下式：
32.e
n,j
＝ki·
dn
n,j
bi；
33.其中，n＝1,2,3
…
表示第n次稳定辐射源观测。并且，本发明中定期进行的在轨定标及稳定辐射源观测的期限/次数可根据实际需要选择。
34.在完成本发明的上述步骤后，即可通过e
n,j
与e
1,j
的变化差异来检测光学遥感卫星在轨辐射测量性能衰变情况。具体的，当光学遥感卫星在轨辐射测量的性能衰变大于某一设定阈值η0(不大于0.1，但可根据工程要求调整)时，则需要进行辐射修正。
35.本发明中，首先建立以下公式：
36.δkm·
dn
n,j
δbm＝e
1,j-e
n,j
；
37.其中，δkm和δbm为定标修正系数，m＝1,2,3
…
表示第m次辐射修正。
38.本发明采用矩阵形式表示，利用两个以上稳定辐射源(j≥2)的观测结果，再基于最小二乘法对上述定标修正系数δkm和δbm进行计算。具体的，设dk＝ε，计算得k＝(d
t
d)-1dt
ε；
39.其中，其中，其中，
40.按照上述方式得到定标修正系数δkm和δbm后，即可用之修正定标系数，得到修正后的定标系数为ki δkm和bi δbm。随后再利用修正后的定标系数对目标和背景的辐射值进行计算，以减小实际应用中目标与背景辐射特征误差，提高目标与背景辐射测量精度。
41.以下为本发明的一种实施方式的定标方法对光学遥感卫星在轨辐射定标性能的仿真，如下表1所示：
[0042] 第一次观察第二次观察偏差修正结果谱段10.00370.002921.6％0.0037谱段20.00390.00382.56％0.0039谱段30.00550.004027.2％0.0055
[0043]
表1光学遥感卫星对同一恒星观测和修正结果
[0044]
如此，仿真结果表明利用本方法可有效监测相机在轨辐射性能变化，另通过建立上述修正模型，可有效修正星载黑体、探测器性能衰减导致的偏差，从而实现多星辐射基准的统一(即多星交叉辐射定标)。
[0045]
本发明的设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现本发明的上述方法。
[0046]
以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。