[发明专利]一种面向行业应用的星地一体化指标设计方法

权利要求书

1.一种面向行业应用的星地一体化指标设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、从主体业务出发，分析业务现状和未来发展规划；

步骤二、厘清主体业务所对应的卫星产品需求；

步骤三、制定数据需求及观测需求；包括空间分辨率、波段设置、信噪比的基本需求，以及地面系统和应用系统产品生产的要求；所述的观测需求涵盖卫星重访周期、重点成像范围，另外需要协调已有在轨卫星的成像任务；

步骤四、搭建前述步骤中所提需求与载荷及卫星平台指标之间的有效桥梁；具体是根据步骤二及步骤三所述的需求，对各指标进行梳理，划分构建用户需求与卫星及载荷不同指标设置所需要的方法，实现从行业应用到卫星设计的有效关联；

步骤五、通过仿真方法按照反向推演得到卫星平台与载荷指标，生成模拟数据；

步骤六、在基于模拟数据基础上开展应用效果评价；

步骤七、评价指标设置的合理性和应用情况的满足度，给出指标设置建议，具体为结合行业应用所要求的精度和精度计算方法给出指标设置的最优组合；

步骤五中所述的生成模拟数据，由地面场景仿真、大气条件参数确定、大气辐射传输过程模拟、载荷性能模拟、模拟方法验证与数据集生成组成；

地面场景仿真，选择指标设计优于预研究的卫星载荷的遥感影像数据；通过分类、波谱匹配方法与地物波谱库内真实波谱匹配获得地表场景的地物类型，结合地物波谱库数据，进行数据模拟；

大气条件参数是大气辐射传输过程模拟的重要输入，包括大气模式、地表温度、CO₂和水汽含量、太阳和观测天顶角、能见度、海拔高度、传感器高度、成像日期、地面目标海拔；

大气辐射传输过程的模拟，采用公式实现；其中，L(μ_v)为传感器接收到的辐亮度，即入瞳辐亮度；L₀(μ_v)为程辐射；F_d为太阳下行辐射；T(μ_v)为遥感器和地面目标之间的透过率；ρ_t为地面目标的反射率；S为大气的半球反射率；通过已知地物反射率可以推导得出入瞳辐亮度，实现大气辐射传输过程的模拟；

载荷性能的模拟，包括信噪比、谱段带宽、波段设置和中心波长位置性能指标的模拟；

模拟方法的验证：选择从现有的光谱库中选择典型地物的反射率光谱曲线，根据收集到的高光谱影像数据的成像条件和仪器参数设置对典型地物进行模拟，得到经仪器响应后的辐亮度曲线，之后再与高光谱影像中的对应像元谱线进行对比；评价参数选择线性相关系数R、均方根误差RMSE和归一化均方根误差NRMSE三种；分别计算模拟曲线和参考图像中对应地物的辐亮度光谱曲线的上述三种参数，以评价模拟结果的准确性和模拟方法的可行性；

模拟数据集生成：模拟数据集涵盖包括水体、植被、土壤、人造材料、岩石、矿物典型地物的辐亮度模拟曲线，并针对传感器波段设置、信噪比仪器参数设置偏移量，生成仿真数据集。

2.根据权利要求1所述的一种面向行业应用的星地一体化指标设计方法，其特征在于：步骤四所述的划分构建用户需求与卫星及载荷不同指标设置所需要的方法，根据指标建议得出时所基于的方法不同，包括定性分析、定量推演和基于仿真模拟的三种方法；其中基于定性分析的方法，对用户观测需求与成像原理的基础理论分析，在满足约束条件下提出建议指标，包括谱段覆盖范围、成像区域、重访周期；基于定量推演的指标设计方法，在采用推理分析基础上进行对应关系的计算、层次分析，并加以综合评判与平衡的方式得出，包括空间分辨率、成像幅宽；基于仿真模拟的指标设计方法，通过对模拟数据开展数据质量评价或应用效果评价来反馈指标设置的合理性，包括最优中心波长位置、信噪比、谱段带宽。

3.根据权利要求1所述的一种面向行业应用的星地一体化指标设计方法，其特征在于：所述的线性相关系数可以表征模拟数据与真实测量的数据之间的线性相关程度；其计算公式如下，

其中，x_c和x_m表示模拟计算的光谱数据与实际影像中的光谱数据，n表示波段数。

4.根据权利要求1所述的一种面向行业应用的星地一体化指标设计方法，其特征在于：所述的均方根误差RMSE表示模拟数据与实际影像中的光谱数据之间均方根意义下的差距，它同测量结果具有相同的量纲；