[发明专利]地基大口径望远镜的红外辐射定标方法

摘要

地基大口径望远镜的红外辐射定标方法，属于光电测量技术领域，为克服高质量大口径红外辐射定标源对大口径望远镜红外系统辐射定标精度的制约，以及大气程辐射及消光对大气层外目标红外辐射强度测量精度的影响，红外辐射定标源由望远镜内定标黑体与外部已知红外光谱特性的自然星体组成；内定标黑体位于望远镜的半光路位置，即大口径望远镜主光学系统之后，内定标时，定标光路切换反射镜切入定标光路，将内部定标黑体引入定标光路；外部标准自然星体位于大气层外，外定标时，定标光路切换反射镜切出定标光路；内定标黑体用于得到望远镜后半光路系统的响应度，外部标准自然星体用于估算大气层及部分光学系统的透过率。

主权项

地基大口径望远镜的红外辐射定标方法，其特征是，该方法包括以下步骤：步骤一，非均匀性校正，红外成像测量系统(6)采集内定标黑体(5)高低温辐射数据进行两点非均匀性校正；步骤二，半光路响应度定标，内定标时，红外成像测量系统(6)辐射响应输出模型为：DN_t,n＝α_n·L_bb+DN_0,n      (a)其中，DN_t,n为红外成像测量系统(6)在第n个像元的输出值，α_n为红外成像测量系统(6)在第n个像元的辐亮度响应度,L_bb为内定标黑体(5)的辐射亮度，DN_0,n是由散射的环境背景辐射、红外成像测量系统(6)自身热辐射以及红外探测器暗电流在第n个像元引起的偏置；步骤三，红外星信息数据采集，具体选取原则为：第一、参考星(1)位于待测目标附近；第二、最低观测仰角大于15°；第三、红外辐射特性稳定；第四、辐射能量满足望远镜红外成像测量系统信噪比要求；第五、参考星(1)光谱数据能够覆盖望远镜红外系统响应波段；步骤四，背景量值估算，在参考星(1)周围应用矩形环对背景进行提取，令参考星(1)位于矩形环的中心，背景量值由位于矩形环的像素数码值求平均来求得；步骤五，大气透过率估算，红外成像测量系统(6)对参考星(1)和周围大气层(2)的辐射测量模型分别为：DN_star,n＝α_star,n·(τ_m·(τ_a·L_star,n+L_sky)+L_m)+DN_0,n    (b)DN_sky＝α_star,n·(τ_m·L_sky+L_m)+DN_0,n       (c)其中，DN_star,n为系统对参考星(1)在第n个像元的测量值，DN_sky为系统对周围天空背景的测量平均值，α_star,n为参考星(1)所处的第n个像元的响应度，τ_m为前光路的透过率，L_star,n为参考星(1)在第n个像元的辐亮度，τ_a、L_sky分别为目标和系统之间的大气透过率与大气层(2)辐射亮度，L_m为望远镜前半光路的总辐射；(b)、(c)两式相减可得DN_star,n‑DN_sky＝α_star,n·τ_m·τ_a·LstL_asrtar,n       (d)此时可消去大气层(2)辐射亮度L_sky、望远镜前半光路总辐射L_m和偏置DN_0,n，同时消除上述三个参数带来的反演误差，进一步得出背景扣除后的参考星(1)信息，$L_{\mathrm{star},n}=\frac{{\mathrm{DN}}_{\mathrm{star},n}-{\mathrm{DN}}_{sky}}{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{star},n}\·{\mathrm{\τ}}_m\·{\mathrm{\τ}}_a}---\left(e\right)$已知参考星(1)在大气层(2)外的总辐射照度为：$E_{star}=\underset{n}{\Σ}{L}_{star,n}\×IFOV---\left(f\right)$其中，L_star,n为参考星(1)在第n个像元的辐亮度，IFOV为单个像元的立体视场角；由(e)、(f)式可以估算出大气层(2)与望远镜前半光路的等效透过率${\mathrm{\τ}}_m\·{\mathrm{\τ}}_a=\underset{n}{\Σ}\frac{{\mathrm{DN}}_{star,n}-{\mathrm{DN}}_{sky}}{{\mathrm{\α}}_{star,n}}\×IFOV/E_{star}---\left(g\right);$步骤六，目标信息采集及数据处理，目标信息背景扣除提取与参考星(1)信息背景扣除提取方法相同，可直接得出$L_{t,n}=\frac{{\mathrm{DN}}_{t,n}-{\mathrm{DN}}_{sky}}{{\mathrm{\α}}_{t,n}\·{\mathrm{\τ}}_m\·{\mathrm{\τ}}_a}---\left(h\right)$其中，DN_t,n为系统对目标在第n个像元的测量值，L_t,n为目标在第n个像元的辐亮度，α_t,n为目标所处第n个像元的响应度；已知目标的总辐射照度为：$E_t=\underset{n}{\Σ}{L}_{t,n}\×IFOV---\left(i\right)$由(g)、(h)和(i)式可得$E_t=\underset{n}{\Σ}\frac{{\mathrm{DN}}_{t,n}-{\mathrm{DN}}_{sky}}{{\mathrm{\α}}_{t,n}\underset{n}{\Σ}\frac{{\mathrm{DN}}_{star,n}-{\mathrm{DN}}_{sky}}{{\mathrm{\α}}_{star,n}}}\×E_{star}---\left(j\right)$假设各个像元的响应度是线性的，并且彼此间具有较好的一致性，那么目标的总辐射照度公式(j)可以简化为：$E_t=\frac{\underset{n}{\Σ}{\mathrm{DN}}_{t,n}-{\mathrm{DN}}_{sky}}{\underset{n}{\Σ}{\mathrm{DN}}_{star,n}-{\mathrm{DN}}_{sky}}\×E_{star}---\left(k\right)$最后还可根据目标类型、目标距离、红外成像测量系统的瞬时视场，分析计算目标辐亮度、辐射强度、辐射温度特性。