[发明专利]摆扫型成像光谱仪地面自动寻位全量程辐射定标方法及定标装置

权利要求书

1.一种摆扫型成像光谱仪地面自动寻位全量程辐射定标方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)定标装置的太阳角及辐射照度测量模块测量当前太阳光垂直方向的辐照度E_S(λ)和天顶角θ_S，λ为波长，其取值在成像光谱仪的有效波长范围内；确定标准反射板漫反射面的反射率t_R，t_R满足：

式中：t_em为地面反射率最大值；为使定标装置的翻转角度有较大的变化范围，若定标装置配备的标准反射平面中有多块满足式(1)，应选择其中反射率较小的；

(2)根据成像光谱仪辐射定标要求设置辐射定标值个数n和相对辐射定标值R_i，i＝1、2、...、n，R_i取值范围[0，1]，是成像光谱仪入瞳处的光谱辐射亮度值L_Ri与其最大响应辐射亮度L_max的比值，L_max取太阳光垂直照射地面、地面反射率最大值时成像光谱仪接收的辐射亮度；

(3)初始化i＝1，漫反射平面翻转角根据天顶角方向调整定标装置的状态：反射板的翻转轴与成像光谱仪扫摆转轴平行，成像光谱仪入瞳光轴N_O与反射面法线方向N_R构成的平面与太阳入射光线平行；

(4)计算不同相对标定值R_i下漫反射平面对应的翻转角和其提供的辐亮度L_Ri(λ)：

(5)变角度改变定标辐射量光谱采集，在当前相对定标值R_i状态下，定标装置按以下步骤操作：

A、翻转机构翻转电机(4)转动使标准反射板(2)的反射面与地面夹角为

B、光谱仪位置测量模块测量成像光谱仪位置，判断成像光谱仪光轴是否位于反射板的中心位置，如果是，则继续下一步，否则移动机构调整定标装置与成像光谱仪的相对位置；

C、光谱仪位置测量模块测量成像光谱仪入瞳中心与反射面的距离h，判断在成像光谱仪的扫摆方向满足：

式中：D为成像光谱仪入瞳直径；b₁为反射面在成像光谱仪扫摆方向的尺寸；α₀为成像光谱仪入瞳光轴N_O与反射面法线方向N_R的夹角，等于成像光谱仪摆扫角α与之差，β₀为成像光谱仪视场角；

同时在垂直扫摆方向满足：

式中：b₂为反射面在垂直成像光谱仪扫摆方向的尺寸；

判断式(4)和(5)是否同时满足，若是，则继续下一步，否则升降机构调整反射板高度，直至满足条件，返回步骤B；

D、翻转机构进行水平测量，判断水平台面是否水平；若是，继续下一步，否则调节水平并返回步骤B；

E、成像光谱仪进行数据采集并传给定标装置的定标控制系统，获得光谱响应数据S_i(λ)；

(6)i值加1，判断i是否大于n，若是，则继续，否则返回步骤(5)；

(7)建立成像光谱仪辐射定标关系式，在成像光谱仪波长范围内建立光谱测量值S(λ)与标准辐射量L_R(λ)之间的定量关系式；

(8)定标装置回归初始状态，定标结束。

2.一种实现权利要求1所述的摆扫型成像光谱仪地面自动寻位全量程辐射定标方法的定标装置，其特征在于，包括翻转机构、升降机构、移动机构和定标控制系统四部分：

——翻转机构由标准反射板(2)通过螺钉固定在反射板安装框架(1)上，反射板安装框架(1)的一侧与固定轴座(14)的轴承过盈配合连接，另一侧与翻转电机(8)的轴(5)过盈配合连接，翻转电机(8)通过螺钉固定在电机座(10)上，电机座(10)和固定轴座(14)通过螺钉固定在水平台面(11)上，太阳角及辐射照度测量模块(12)固定在水平台面(11)上表面，光谱仪位置测量模块的感受器Ⅰ(3)和感受器Ⅱ(3’)分别固定在反射板安装框架(1)的两侧的中间位置，零位测量模块(6)对准翻转电机轴(5)的零位销位置固定在水平台面(11)上，水平测量模块(15)通过螺钉固定在水平台面(11)上，水平位置调节电机Ⅰ(17)和水平位置调节电机Ⅱ(17’)分别轴向下用螺钉固定在水平台面(11)上表面的一侧，螺纹轴Ⅰ(19)和螺纹轴Ⅱ(19’)一端分别与水平位置调节电机Ⅰ(17)和水平位置调节电机Ⅱ(17’)的轴过盈配合连接，另一端分别与水平台面(11)下方的升降机构(20)的升降台面(21)上的两个螺纹孔配合连接；

电源及信号线(4)、(7)、(13)和(16)均分别与定标控制系统电路接口Ⅰ连接，翻转电机(8)的电源信号线(9)与定标控制系统电路接口Ⅱ连接，水平位置调节电机Ⅰ(17)的电源信号线(18)和水平位置调节电机Ⅱ(17’)的电源信号线(18’)均与定标控制系统电路接口Ⅲ连接组成；

——升降机构(20)为一电动剪叉式升降平台，升降台面(21)的一侧设有螺纹孔A，另一侧设有螺纹孔B1和B2，一侧通过螺纹孔A与水平台面(11)用螺钉和弹簧垫片固定连接，另一侧通过螺纹孔B1与螺纹轴Ⅰ(19)配合连接，B2与螺纹轴Ⅱ(19’)配合连接，底部安装架(22)与移动机构的底盘(27)通过螺钉固定，电动升降控制线(23)与定标控制系统(32)的电路接口Ⅳ连接组成；

——移动机构由转向电机(29)通过螺栓固定在底盘(27)的头部，转向电机(29)的轴通过联轴器(25)与转向轮(24)的轴连接；

驱动轮车轴Ⅰ(30)和驱动轮车轴Ⅱ(30’)分别通过轴承固定在底盘(27)尾部的两侧，驱动轮Ⅰ(26)通过键销安装在驱动轮车轴Ⅰ(30)上，驱动轮Ⅱ(26’)通过键销安装在驱动轮轴Ⅱ(30’)上，驱动轮(26)的控制线(31)和驱动轮(26’)的控制线(31’)分别与定标控制系统(32)对应接口Ⅴ连接，转向电机(29)的控制线(28)与定标控制系统(32)对应的电路接口Ⅵ连接组成；

——定标控制系统(32)通过螺钉固定在翻转机构的水平台面(11)的下表面，由接口Ⅰ经测量模块处理转换电路与微处理器电路连接，接口Ⅱ经翻转电机驱动电路与微处理器电路连接，接口Ⅲ经水平调节电机驱动电路与微处理器电路连接，接口Ⅳ经电动升降驱动电路与微处理器电路连接，接口Ⅴ经驱动轮驱动电路与微处理器电路连接，接口Ⅵ经转向电机驱动电路与微处理器电路连接，接口Ⅶ经电源电路分别连接转向电机驱动电路、微处理器电路、电动升降驱动电路、水平调节电机驱动电路、翻转电机驱动电路、测量模块处理转换电路、无线通讯电路和驱动轮驱动电路。