《主動(dòng)光源星載微光相機(jī)場(chǎng)地定標(biāo)方法》征求意見(jiàn)稿

ICS31.260TN223吉DB22SiteCalibrationMethodforSpaceborneLowLightImagerwithA（本稿完成日期：）吉林省監(jiān)督管理廳發(fā)布 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語(yǔ)、定義和符號(hào) 13.1輻射定標(biāo)radiometriccalibration 13.2點(diǎn)光源pointsource 13.3微光傳感器noctilucentremotesensor 13.4場(chǎng)地定標(biāo)sitecalibration 14定標(biāo)的通用要求 14.1定標(biāo)條件要求 14.2文檔要求 24.3定標(biāo)不確定度分析 25定標(biāo)工況要求 25.1衛(wèi)星工作狀態(tài)要求 25.2設(shè)備檢定要求 25.3工作條件要求 26微光遙感器主動(dòng)光源場(chǎng)地定標(biāo)方法 36.1定標(biāo)原理 36.2實(shí)施方案 46.3數(shù)據(jù)處理方法 57不確定度分析 57.1一般要求 57.2不確定度計(jì)算公式 58測(cè)試報(bào)告 5言前言本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1-2009給出的規(guī)則起草本標(biāo)準(zhǔn)由吉林省市場(chǎng)監(jiān)督管理廳歸口；本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：長(zhǎng)光衛(wèi)星技術(shù)有限公司；本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：王強(qiáng)鐘興賀小軍蘇志強(qiáng)王鵬程1DBXX/XXXXX—XXXX主動(dòng)光源星載微光相機(jī)場(chǎng)地定標(biāo)方法本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了主動(dòng)光源星載微光相機(jī)場(chǎng)地定標(biāo)方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于各類微光傳感器在軌的輻射定標(biāo)。2規(guī)范性引用文件下列文件中的有關(guān)條款通過(guò)引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注明日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注明日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB3102.6光及有關(guān)電磁輻射的量和單位GJB2700衛(wèi)星遙感器數(shù)據(jù)域GJB2715國(guó)防計(jì)量通用術(shù)語(yǔ)GJB3756測(cè)量不確定度的表示及評(píng)定JJF1032光學(xué)輻射量計(jì)量名詞及定義3術(shù)語(yǔ)、定義和符號(hào)GB3102.6、GJB2700、GJB2715和JJF1032確立的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。3.1輻射定標(biāo)radiometriccalibration按照規(guī)定的方法和流程，確定遙感器的輸出與輸入輻射參數(shù)（包括入射輻射波長(zhǎng)、輻射量值等）的定量關(guān)系的過(guò)程。3.2點(diǎn)光源pointlightsource具有良好朗波體特性，其反射光用于相機(jī)輻射定標(biāo)。3.3微光傳感器noctilucentremotesensor微光遙感器分辨率低、靈敏度高，能夠?qū)ξ⑷醯男盘?hào)進(jìn)行探測(cè)，但雜散輻射對(duì)傳感器系統(tǒng)的影響不可忽視。3.4場(chǎng)地定標(biāo)sitecalibration場(chǎng)地定標(biāo)指的是遙感器處于正常運(yùn)行條件下，選擇輻射定標(biāo)場(chǎng)地，通過(guò)地面同步測(cè)量對(duì)遙感器的定標(biāo)。場(chǎng)地定標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)全孔徑、全視場(chǎng)、全動(dòng)態(tài)范圍的定標(biāo)，并考慮到了大氣傳輸和環(huán)境的影響。4定標(biāo)的通用要求4.1定標(biāo)條件要求2DBXX/XXXXX—XXXX定標(biāo)條件要求如下：a)衛(wèi)星星務(wù)、電源、測(cè)控、載荷等工作正常，在軌具備測(cè)控能力，便于確認(rèn)相機(jī)等各載荷工作是否正常；b)點(diǎn)光源具有覆蓋相機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的能級(jí)分布，且光源具有較好的朗波體特性，較好的角度均勻性；c)場(chǎng)地周邊環(huán)境無(wú)影響定標(biāo)的光源以及遮擋物；d)周邊環(huán)境無(wú)影響定標(biāo)的遮擋物，氣溶膠光學(xué)厚度小于0.25，風(fēng)力小于4級(jí)；e)測(cè)量?jī)x器精度滿足要求，在試驗(yàn)前應(yīng)進(jìn)行標(biāo)定，在有條件的情況下宜進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，測(cè)量?jī)x器使用嚴(yán)格按照儀器操作手冊(cè)執(zhí)行；f)野外定標(biāo)場(chǎng)地應(yīng)選擇在交通便利、試驗(yàn)人員與設(shè)備易于進(jìn)出的地帶。4.2文檔要求定標(biāo)開(kāi)始前，應(yīng)編制定標(biāo)的實(shí)驗(yàn)大綱、測(cè)試細(xì)則、質(zhì)量控制大綱等文件。定標(biāo)完成后，應(yīng)編制定標(biāo)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。4.3定標(biāo)不確定度分析對(duì)定標(biāo)結(jié)果應(yīng)做出不確定度分析，除另有規(guī)定，不確定度分析應(yīng)參照GJB3756進(jìn)行。5定標(biāo)工況要求5.1衛(wèi)星工作狀態(tài)要求a)光學(xué)遙感器工作模式應(yīng)與對(duì)地遙感保持一致；b)衛(wèi)星成像參數(shù)應(yīng)盡量與對(duì)地遙感成像參數(shù)保持一致，包括增益、偏置、積分級(jí)數(shù)、行時(shí)間等：c)衛(wèi)星三軸姿態(tài)姿態(tài)穩(wěn)定性滿足成像要求，且具備慣性空間指向穩(wěn)定能力。5.2設(shè)備檢定要求a)微光遙感相機(jī)工作正常；b)主動(dòng)點(diǎn)光源具有可靠的穩(wěn)定性；c)測(cè)量?jī)x器的精度應(yīng)滿足測(cè)試要求；d)測(cè)量?jī)x器在試驗(yàn)前應(yīng)進(jìn)行標(biāo)定，在有條件的情況下宜進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定。5.3工作條件要求a)野外定標(biāo)場(chǎng)地應(yīng)選擇在交通便利、試驗(yàn)人員與設(shè)備易于進(jìn)出的地帶；b)野外定標(biāo)場(chǎng)地能滿足野外試驗(yàn)的工作條件；c)定標(biāo)期間，除定標(biāo)光源外無(wú)其它光源開(kāi)啟；d)定標(biāo)光源位于相機(jī)成像視場(chǎng)內(nèi)；e)需要根據(jù)微光相機(jī)的實(shí)驗(yàn)室輻射定標(biāo)結(jié)果，計(jì)算定標(biāo)光源所需提供的輻射亮度。f)執(zhí)行輻射定標(biāo)時(shí)，實(shí)測(cè)大氣透過(guò)率和每個(gè)輻射照明源的輻射亮度。3DBXX/XXXXX—XXXX6微光遙感器主動(dòng)光源場(chǎng)地定標(biāo)方法6.1定標(biāo)原理a)求解傳感器的有效輸出：假設(shè)上圖為彌散的點(diǎn)目標(biāo)圖像，圖像彌散后占據(jù)3X3個(gè)像素，選定包含目標(biāo)圖像的5X5像素區(qū)域進(jìn)行計(jì)算，對(duì)目標(biāo)以外的像素進(jìn)行平均，得到背景信號(hào)，則有效輸出等于總輸出與背景信號(hào)之差；DN=(DNi-DNbackground)………………….（1）圖1主動(dòng)點(diǎn)光源遙感圖像b)遙感器入瞳處等效輻射亮度計(jì)算：遙感器入瞳處的等效輻射亮度與目標(biāo)光源的輻射亮度、大氣光譜透過(guò)率以及遙感器的光譜響應(yīng)函數(shù)有關(guān)；c)目標(biāo)光譜輻射亮度Ls(λ)：目標(biāo)為人造光源，具有朗伯特性好，光源穩(wěn)定的特點(diǎn)，在衛(wèi)星過(guò)頂前后可展開(kāi)對(duì)人造光源亮度的測(cè)試，測(cè)試儀器為地物波譜儀，輸出光源不同角度處的光譜輻射亮度；d)大氣透過(guò)率測(cè)試τatm(λ)：大氣透過(guò)率對(duì)遙感器的場(chǎng)地絕對(duì)輻射標(biāo)定有重要影響，需要對(duì)大氣參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定，影響大氣透過(guò)率的因素包括水汽、不同氣體濃度、云、氣溶膠、風(fēng)速等，測(cè)試大氣透過(guò)率時(shí)采用太陽(yáng)光度計(jì)CE318，結(jié)合探空氣球，測(cè)出不同高度處的大氣參數(shù)，獲得大氣透過(guò)率，并根據(jù)所測(cè)的大氣相關(guān)參數(shù)輸入到MODTRAN進(jìn)行仿真計(jì)算，得到大氣的光譜透過(guò)率曲線；e)遙感器光譜響應(yīng)函數(shù)R(λ)：遙感器的光譜響應(yīng)函數(shù)由實(shí)驗(yàn)室絕對(duì)光譜標(biāo)定確定；4DBXX/XXXXX—XXXXf)遙感器等效入瞳輻射亮度Lef(λ)：輸入到遙感器的等效入瞳輻射亮度按照下式進(jìn)行計(jì)算；g)絕對(duì)輻射標(biāo)定系數(shù)：根據(jù)上述步驟，計(jì)算得到等效入瞳亮度以及傳感器的有效輸出，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘擬合，得到絕對(duì)輻射標(biāo)定系數(shù)。efe6.2實(shí)施方案a)選擇新月條件下、晴朗無(wú)云且沒(méi)有雜光干擾的空曠平坦地區(qū)開(kāi)展絕對(duì)輻射定標(biāo)；b)根據(jù)遙感器的空間分辨力布置光源陣列，如下圖所示，要求光源間隔大于10倍空間分辨力，需要每個(gè)光源獨(dú)立供電，試驗(yàn)時(shí)布設(shè)6個(gè)光源靶標(biāo)系統(tǒng)，滿足相機(jī)全動(dòng)態(tài)范圍輻射響應(yīng)。橫著的兩個(gè)靶標(biāo)設(shè)置同一亮度等級(jí)，驗(yàn)證不同像素之間的響應(yīng)差異。沿著飛行方向的靶標(biāo)設(shè)置不同的亮度等級(jí)，驗(yàn)證同一像素不同亮度等級(jí)之間的響應(yīng)，同時(shí)對(duì)光源的后向發(fā)射進(jìn)行抑制，以降低背景亮度；圖2光源陣列布設(shè)方式c)利用大氣測(cè)量?jī)x器測(cè)試實(shí)驗(yàn)區(qū)域的大氣參數(shù)，衛(wèi)星在軌定標(biāo)的同時(shí)需要測(cè)量大氣參數(shù)，選擇探空氣球把無(wú)線電探空儀攜帶到高空，以便進(jìn)行溫度、壓力、濕度和風(fēng)等氣象因素的探測(cè)；d)在軌定標(biāo)實(shí)驗(yàn)當(dāng)天，在大氣透射率的輻射傳輸（MODTRAN）計(jì)算過(guò)程中，選擇合適的大氣模式、氣溶膠模型等，計(jì)算的大氣透射率，根據(jù)探空氣球的測(cè)量數(shù)據(jù)改變幾何因子以得到遙感器觀測(cè)方向的大氣透射率；5DBXX/XXXXX—XXXXe)利用獲得的待測(cè)傳感器入瞳處輻亮度、拍攝的點(diǎn)目標(biāo)圖像，通過(guò)數(shù)據(jù)處理，計(jì)算待測(cè)傳感器的絕對(duì)定標(biāo)系數(shù)。6.3數(shù)據(jù)處理方法a)數(shù)據(jù)解析：完成原始數(shù)據(jù)的格式解析、解密解壓縮，獲得0級(jí)影像數(shù)據(jù)；b)絕對(duì)定標(biāo)系數(shù)計(jì)算：利用主動(dòng)光源狀態(tài)下的遙感圖像，利用地面標(biāo)定的光源輻亮度、實(shí)測(cè)的大氣參數(shù)和氣象參數(shù)以及簡(jiǎn)化的輻射傳輸計(jì)算實(shí)現(xiàn)絕對(duì)定標(biāo)系數(shù)；7不確定度分析7.1一般要求定標(biāo)不確定度分析一般要求如下：a)列出影響定標(biāo)測(cè)試過(guò)程及數(shù)據(jù)處理過(guò)程的不確定性因素；b)測(cè)試或估算每個(gè)不確定性因素的不確定度；c)根據(jù)不確定度合成規(guī)則，計(jì)算合成不確定度。7.2不確定度計(jì)算公式分析各項(xiàng)不確定因素的不確定度后，利用公式（4）計(jì)算定標(biāo)過(guò)程的合成不確定度。8測(cè)試報(bào)告下列信息應(yīng)該記錄在