《主動光源星載微光相機場地定標方法》征求意見稿

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、定義和符號 13.1輻射定標radiometriccalibration 13.2點光源pointsource 13.3微光傳感器noctilucentremotesensor 13.4場地定標sitecalibration 14定標的通用要求 14.1定標條件要求 14.2文檔要求 24.3定標不確定度分析 25定標工況要求 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微光遙感器主動光源場地定標方法 36.1定標原理 36.2實施方案 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不確定度計算公式 58測試報告 5言前言本標準按照GB/T1.1-2009給出的規(guī)則起草本標準由吉林省市場監(jiān)督管理廳歸口；本標準起草單位：長光衛(wèi)星技術(shù)有限公司；本標準主要起草人：王強鐘興賀小軍蘇志強王鵬程1DBXX/XXXXX—XXXX主動光源星載微光相機場地定標方法本標準規(guī)定了主動光源星載微光相機場地定標方法。本標準適用于各類微光傳感器在軌的輻射定標。2規(guī)范性引用文件下列文件中的有關(guān)條款通過引用而成為本標準的條款。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國防計量通用術(shù)語GJB3756測量不確定度的表示及評定JJF1032光學輻射量計量名詞及定義3術(shù)語、定義和符號GB3102.6、GJB2700、GJB2715和JJF1032確立的以及下列術(shù)語和定義適用于本標準。3.1輻射定標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、輻射量值等）的定量關(guān)系的過程。3.2點光源pointlightsource具有良好朗波體特性，其反射光用于相機輻射定標。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醯男盘栠M行探測，但雜散輻射對傳感器系統(tǒng)的影響不可忽視。3.4場地定標sitecalibration場地定標指的是遙感器處于正常運行條件下，選擇輻射定標場地，通過地面同步測量對遙感器的定標。場地定標可以實現(xiàn)全孔徑、全視場、全動態(tài)范圍的定標，并考慮到了大氣傳輸和環(huán)境的影響。4定標的通用要求4.1定標條件要求2DBXX/XXXXX—XXXX定標條件要求如下：a)衛(wèi)星星務(wù)、電源、測控、載荷等工作正常，在軌具備測控能力，便于確認相機等各載荷工作是否正常；b)點光源具有覆蓋相機動態(tài)范圍的能級分布，且光源具有較好的朗波體特性，較好的角度均勻性；c)場地周邊環(huán)境無影響定標的光源以及遮擋物；d)周邊環(huán)境無影響定標的遮擋物，氣溶膠光學厚度小于0.25，風力小于4級；e)測量儀器精度滿足要求，在試驗前應(yīng)進行標定，在有條件的情況下宜進行現(xiàn)場標定，測量儀器使用嚴格按照儀器操作手冊執(zhí)行；f)野外定標場地應(yīng)選擇在交通便利、試驗人員與設(shè)備易于進出的地帶。4.2文檔要求定標開始前，應(yīng)編制定標的實驗大綱、測試細則、質(zhì)量控制大綱等文件。定標完成后，應(yīng)編制定標實驗報告。4.3定標不確定度分析對定標結(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進行。5定標工況要求5.1衛(wèi)星工作狀態(tài)要求a)光學遙感器工作模式應(yīng)與對地遙感保持一致；b)衛(wèi)星成像參數(shù)應(yīng)盡量與對地遙感成像參數(shù)保持一致，包括增益、偏置、積分級數(shù)、行時間等：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)微光遙感相機工作正常；b)主動點光源具有可靠的穩(wěn)定性；c)測量儀器的精度應(yīng)滿足測試要求；d)測量儀器在試驗前應(yīng)進行標定，在有條件的情況下宜進行現(xiàn)場標定。5.3工作條件要求a)野外定標場地應(yīng)選擇在交通便利、試驗人員與設(shè)備易于進出的地帶；b)野外定標場地能滿足野外試驗的工作條件；c)定標期間，除定標光源外無其它光源開啟；d)定標光源位于相機成像視場內(nèi)；e)需要根據(jù)微光相機的實驗室輻射定標結(jié)果，計算定標光源所需提供的輻射亮度。f)執(zhí)行輻射定標時，實測大氣透過率和每個輻射照明源的輻射亮度。3DBXX/XXXXX—XXXX6微光遙感器主動光源場地定標方法6.1定標原理a)求解傳感器的有效輸出：假設(shè)上圖為彌散的點目標圖像，圖像彌散后占據(jù)3X3個像素，選定包含目標圖像的5X5像素區(qū)域進行計算，對目標以外的像素進行平均，得到背景信號，則有效輸出等于總輸出與背景信號之差；DN=(DNi-DNbackground)………………….（1）圖1主動點光源遙感圖像b)遙感器入瞳處等效輻射亮度計算：遙感器入瞳處的等效輻射亮度與目標光源的輻射亮度、大氣光譜透過率以及遙感器的光譜響應(yīng)函數(shù)有關(guān)；c)目標光譜輻射亮度Ls(λ)：目標為人造光源，具有朗伯特性好，光源穩(wěn)定的特點，在衛(wèi)星過頂前后可展開對人造光源亮度的測試，測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)大氣透過率測試τatm(λ)：大氣透過率對遙感器的場地絕對輻射標定有重要影響，需要對大氣參數(shù)進行準確測定，影響大氣透過率的因素包括水汽、不同氣體濃度、云、氣溶膠、風速等，測試大氣透過率時采用太陽光度計CE318，結(jié)合探空氣球，測出不同高度處的大氣參數(shù)，獲得大氣透過率，并根據(jù)所測的大氣相關(guān)參數(shù)輸入到MODTRAN進行仿真計算，得到大氣的光譜透過率曲線；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)由實驗室絕對光譜標定確定；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行計算；g)絕對輻射標定系數(shù)：根據(jù)上述步驟，計算得到等效入瞳亮度以及傳感器的有效輸出，對數(shù)據(jù)進行最小二乘擬合，得到絕對輻射標定系數(shù)。efe6.2實施方案a)選擇新月條件下、晴朗無云且沒有雜光干擾的空曠平坦地區(qū)開展絕對輻射定標；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，需要每個光源獨立供電，試驗時布設(shè)6個光源靶標系統(tǒng)，滿足相機全動態(tài)范圍輻射響應(yīng)。橫著的兩個靶標設(shè)置同一亮度等級，驗證不同像素之間的響應(yīng)差異。沿著飛行方向的靶標設(shè)置不同的亮度等級，驗證同一像素不同亮度等級之間的響應(yīng)，同時對光源的后向發(fā)射進行抑制，以降低背景亮度；圖2光源陣列布設(shè)方式c)利用大氣測量儀器測試實驗區(qū)域的大氣參數(shù)，衛(wèi)星在軌定標的同時需要測量大氣參數(shù)，選擇探空氣球把無線電探空儀攜帶到高空，以便進行溫度、壓力、濕度和風等氣象因素的探測；d)在軌定標實驗當天，在大氣透射率的輻射傳輸（MODTRAN）計算過程中，選擇合適的大氣模式、氣溶膠模型等，計算的大氣透射率，根據(jù)探空氣球的測量數(shù)據(jù)改變幾何因子以得到遙感器觀測方向的大氣透射率；5DBXX/XXXXX—XXXXe)利用獲得的待測傳感器入瞳處輻亮度、拍攝的點目標圖像，通過數(shù)據(jù)處理，計算待測傳感器的絕對定標系數(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級影像數(shù)據(jù)；b)絕對定標系數(shù)計算：利用主動光源狀態(tài)下的遙感圖像，利用地面標定的光源輻亮度、實測的大氣參數(shù)和氣象參數(shù)以及簡化的輻射傳輸計算實現(xiàn)絕對定標系數(shù)；7不確定度分析7.1一般要求定標不確定度分析一般要求如下：a)列出影響定標測試過程及數(shù)據(jù)處理過程的不確定性因素；b)測試或估算每個不確定性因素的不確定度；c)根據(jù)不確定度合成規(guī)則，計算合成不確定度。7.2不確定度計算公式分析各項不確定因素的不確定度后，利用公式（4）計算定標過程的合成不確定度。8測試報告下列信息應(yīng)該記錄在