[发明专利]一种空间遥感器在轨红外焦平面自反射定标方法有效

专利信息
申请号: 201410067846.7 申请日: 2014-02-27
公开(公告)号: CN103873856A 公开(公告)日: 2014-06-18
发明(设计)人: 张丽莎;唐绍凡;白绍竣;刘剑锋;赵鑫;晋利兵 申请(专利权)人: 北京空间机电研究所
主分类号: H04N17/00 分类号: H04N17/00;H04N5/33
代理公司: 中国航天科技专利中心 11009 代理人: 安丽
地址: 100076 北京市丰*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 空间 遥感 红外 平面 反射 定标 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种空间遥感器在轨红外焦平面自反射定标方法,主要应用于红外遥感器多光谱成像及定量化应用领域,尤其适用于遥感器无法利用冷空间实现探测器在轨辐射定标的情况。

背景技术

航天遥感器的热红外探测通道,除用于对地面目标进行红外成像外,还具有由图像资料反演出多种定量化地面目标特征物体的能力。实现定量化处理的关键环节是进行航天遥感器的辐射定标,即进行遥感器输出量到绝对辐射量的转换,基本原理是:以均匀而稳定的定标辐射源作为基准源,空间遥感器接受来自在轨定标辐射源的辐射,从而建立航天光学遥感器输出与入射定标辐射之间的关系,实现在轨辐射定标。同时考虑到遥感器在轨运行时的环境、状态不断改变,探测器性能也在发生变化,为满足长寿命及高精度的需求,因此在轨辐射定标是不可或缺的技术之一。

目前国内外常用的在轨红外辐射定标源有星上定标黑体和冷空间。空间遥感器探测深冷空间时,得到的是近零光子输入,因此,深冷空间提供了另一个高稳定性定标参考点,用于对红外谱段进行辐射定标。但深冷空间定标存在一定的缺陷:约束条件多,受限于卫星平台、相机安装方式、工作模式等,要求卫星平台在安装方式上为空间遥感器载荷提供冷空间接口,在轨定标模式工作时需使空间遥感器指向冷空间。同时由于空间遥感器需要留出冷空间接口,不能形成相对密封的温控系统,影响系统温度稳定性和均匀性的控制,进而导致光机结构变形,影响成像质量,因此严重限制了其应用范围。

发明内容

本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足,提供了一种空间遥感器在轨红外焦平面自反射定标方法,实现了冷焦面自反射作为高稳定性定标源,无需使用反射镜引入冷空间,满足了空间遥感器在轨运行时高精度辐射定标的需求。

本发明的技术解决方案是:

一种空间遥感器在轨红外焦平面自反射定标方法,步骤如下:

(1)根据空间遥感器光学系统确定自反射角镜阵列各项参数,包括自反射角镜单元大小、阵列规模和反射谱段范围;所述自反射角镜单元为空心角锥棱镜,由三个反射面向内的等腰直角三角形金属自反射角镜组成;

(2)根据步骤(1)中的自反射角镜阵列各项参数加工自反射角镜阵列;

(3)将黑体和自反射角镜阵列安装在定标切换机构上;所述黑体为空间遥感器的定标源,定标切换机构使空间遥感器在三种工作模式之间的切换,所述三种工作模式指成像模式、黑体定标模式和焦平面自反射定标模式;

(4)空间遥感器在成像模式下对地物进行探测,获取辐射响应数据;在黑体定标模式下对黑体进行探测,获取一组输入输出定标数据;在焦平面自反射定标模式下定标切换机构切换至自反射角镜阵列,焦平面对其自反射辐射进行探测响应,获取第二组输入输出定标数据;所述输入定标数据为空间遥感器接收的辐亮度,输出定标数据为空间遥感器的输出信号电子数;

(5)将两组输入输出定标数据代入辐射响应方程,计算系统线性定标因子。

所述自反射角镜采用真空镀制高反射率金膜,反射率大于90%,自反射角镜的谱段范围为3μm~13μm。

所述定标切换机构包括基座、自反射角镜阵列、黑体辐射源、转盘、电机、齿轮和主轴;

基座安装在空间遥感器光学系统内部,电机、齿轮和主轴均固定在基座上,转盘与主轴连接,自反射角镜阵列和黑体辐射源安装于转盘上,转盘均分为个区域,每个区域均为120度扇形,其中自反射角镜阵列安装在第一个扇形区域,黑体辐射源安装在第二个扇形区域,第三个扇形区域为缺口;电机通过齿轮带动主轴转动,从而带动转盘转动。

所述将黑体和自反射角镜阵列安装在定标切换机构上具体为:定标切换机构安装位置在系统一次像面处;所述空间遥感器是二次成像离轴光学系统,一次像面位于次镜后方。

所述遥感器的辐射响应方程为:S=RL+I,其中S为遥感器的输出信号电子数,L为遥感器接收的辐亮度,R,I为系统的线性定标因子。

本发明与现有技术相比的有益效果是:

(1)与现有技术中采用冷空间作为辐射定标源相比,本发明无需卫星提供冷空间接口,在轨时对卫星平台也没有冷空间指向的要求,从而大大降低了卫星平台对空间遥感器辐射定标的制约,更好地满足定量化遥感的需求。

(2)本发明采用冷焦面自反射作为辐射定标源,由于空间遥感器无需在冷空间方向开口,不需引入冷空间,因此可以形成相对密封的温控系统,系统温度稳定性和均匀性得到更好地控制,光机结构变形小,成像质量有所改善。

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