可在轨溯源的太阳反射波段光学遥感仪器辐射定标基准传递链路

分析了现行光学遥感仪器辐射定标方法的局限性,以满足定量化遥感的精度及多数据融合比对研究的需求。设计了以空间低温辐射计为初级辐射基准,以太阳为光源,包括太阳单色仪、太阳光谱仪、传递辐射计、太阳漫反射板等组件在内的可在轨溯源的光学遥感仪器辐射定标基准传递链路。首先以低温辐射计和太阳光源建立的光谱辐射基准定标传递辐射计和太阳光谱仪;然后利用传递辐射计定标太阳漫反射板,建立对地光谱辐亮度基准;继而将基准传递至地球光谱成像仪作为对地观测标准,从而实现对其它卫星光学遥感器的交叉定标。对光学遥感仪器辐射定标基准传递链路各个环节的分析显示,辐射定标基准传递链路的测量相对不确定度为0.75%。结果表明,以此辐射基准传递链路构建覆盖我国空天一体的遥感定标网络可为建立平行于地面基准体系的空间数据质量保障体系奠定技术基础。     

高分一号卫星宽视场成像仪的高频次辐射定标

为实现高分一号卫星宽视场成像仪的实时辐射定标,准确获取成像仪在轨暗电流噪声引起的偏移量信息,提出了高频次辐射定标方法,并分析了方法的可靠性和测算精度。介绍了卫星遥感器在轨辐射定标原理。以敦煌辐射校正场为实验区,利用该场地历史光谱数据和实时气象观测数据确定了高频次定标的数据基准。基于成像仪夜间大面积海洋场景数据测算了偏移量信息,即在无辐射能量输入的条件下,测算成像仪自身暗电流噪声引起的输出数值。然后,利用地面参考基准数据和偏移量信息,实现了高分一号卫星宽视场成像仪的在轨定标。最后,分析和检验了高频次定标方法的不确定性和定标结果的可靠性。结果表明:高分一号卫星宽视场成像仪高频次定标的不确定度小于5.3%;基于该定标结果获取的辐亮度产品与基于官方定标结果获取的辐亮度总体相对偏差小于5.6%;基于夜间海洋场景计算的定标截距(即偏移量)更接近于理论设计值。该方法可用于高分一号卫星宽视场成像仪的在轨定标和暗电流噪声定期检测。     

静轨紫外可见高光谱探测仪星上外定标方案

紫外可见高光谱探测仪搭载于地球同步轨道卫星,具备高时间分辨率、高光谱分辨率、长寿命周期等特点。研究其星上外定标方案,消除内定标装置衰减等变化带来的影响,是实现遥感器在轨高精度定标或检校的重要手段。本文结合静止轨道卫星的特点,建立了紫外可见高光谱探测仪辐射特性分析流程,比较了不同外定标方案的特点及它在地球同步轨道卫星上的可行性,提出并分析了一种采用太阳定标、月球定标和恒星定标相结合的高光谱探测仪在轨绝对辐射定标方案。定标不确定度分析表明,太阳定标不确定度为3.6%,恒星定标不确定度为3.87%,基于月球定标漫反射板监测不确定为3.55%,满足在轨定标要求。     

碳卫星CO_2探测仪发射前的漫反射板定标

为了提高CO_2探测仪的在轨辐射定标精度,建立了在轨辐射校正原理,并对关键环节漫反射板的制备、BRDF定标和应用进行了系统的研究。根据CO_2探测仪的工作原理与系统组成,介绍了星上定标设备和在轨辐射定标策略,确定了漫反射板的制备方法和优化工艺参数,制定了以标准灯和标准探测器为传递链路的漫反射板BRDF的精确定标方法。对漫反射板基准BRDF、角度修正因子和半球反射率进行了测试,对其实验室定标精度进行了分析,并通过在轨初期的应用结果予以验证。发射前的定标结果表明,漫反射板在760nm、1 610nm和2 060nm 3个波段的定标精度均优于3%。在轨初期的测试结果表明CO_2探测仪1 610nm波段在轨绝对辐射定标精度优于5%。CO_2探测仪漫反射板的定标结果满足仪器辐射定标对漫反射板定标的精度要求。     

风云三号红外高光谱探测仪的光谱定标

风云三号D星(FY-3D)于2017年11月15日成功发射,是我国第二代极轨气象卫星,其上搭载了红外高光谱大气探测仪(HIRAS),实现了地气系统的高光谱分辨率红外高精度观测,由于光谱频率的精确性会直接影响辐射精度,红外干涉仪器必须进行逐通道的光谱定标。首先对干涉图数据进行傅里叶变换获得粗定标结果,再基于仪器参数计算仪器线型函数,进行光谱精校正,开发了风云三号D星HIRAS的光谱定标技术,并用发射前和在轨数据进行了精度验证。光谱定标方法能有效订正由于仪器离轴探元设计引起的光谱位置偏差,基于地面单色激光测量数据验证,长波4个探元20×10~(-6)左右的偏差可订正到0.5×10~(-6)(1和2探元)和7×10~(-6)(3和4探元)以内;中波1四个探元50×10~(-6)左右的偏差可分别订正到6×10~(-6)(1和3探元)、8×10~(-6)(2探元)和13×10~(-6)(4探元)以内;基于在轨数据验证三个波段光谱订正后光谱精度偏差和标准差均可达到5×10~(-6)以内。三个波段光谱定标结果均满足卫星使用技术指标10×10~(-6)的要求,有效保证了辐射精度评估和后端遥感产品开发应用的要求。     

成像光谱仪辐射定标影响量的测量链与不确定度

分析了成像光谱仪遥感观测数据中包含的地物光谱特征、仪器参数和大气传输特性等的信息结构。研究了成像光谱仪辐射定标的物理过程和测量链,应用1993年国际标准化组织(ISO)颁布的《测量不确定度表示指南》,分析了辐射定标11项影响量的测量不确定度和合成标准不确定度。遥感辐射定标的绝对精度就是不确定度。辐射定标需要辐射标准、积分球光源、光谱辐射计以及遥感器上设置星上定标装置等专用设备和技术,并经过多级测量链的测试过程才能完成。光谱辐照度标准的不确定度在3%~5%,辐射定标中其它影响量的测量不确定度限制在1%~2%,成像光谱仪辐射定标的绝对精度才能达到5%~8%,这需要相当好的仪器设备和光辐射测试技术。     

空间光学遥感器的热响应分析及热控

空间光学遥感器的工作平台为空间微小卫星,它在轨运行期间受到各种空间热环境激扰的作用,本文利用有限元法对空间光学遥感器进行了空间热环境下温度响应的分析求解,并进一步采取热控措施使仪器的温度梯度满足要求。     

空间光学载荷实验室与在轨定标及性能测试专题导读

<正>进入21世纪,卫星遥感已经从对地球物态形貌的识别发展到对地球系统多圈层物理参数的精细化定量遥感。在全球气候变化研究中,需要识别0.1℃/10年的地气系统温度变化,系统模式则要求卫星观测的误差小于0.2K,这种高精度定量遥感对空间载荷在轨定标和关键要素反演算法提出了更高要求。到目前为止,现有遥感载荷都没能实现空间辐射观测在轨向国际SI的溯源,因而难以确保遥感器的定标精度和遥感产品的长期稳     

单色仪与成像光谱仪的交互光谱定标

为了提高成像光谱仪的光谱定标精度,降低定标过程的复杂度,本文基于单色仪扫描定标法的原理,提出了交互光谱定标的思想,设计了适用于单色仪与成像光谱仪的交互光谱定标系统。分别对单色仪与成像光谱仪进行了光谱定标实验,并对定标数据进行了处理分析。结果显示:单色仪光谱定标精度优于±0.1nm;成像光谱仪的光谱区大于400~800nm,光谱分辨率优于3nm。该交互光谱定标系统避免了对单色仪和成像光谱仪分别定标需要两个探测器的弊端,定标过程中只需切换定标模式,简化了定标过程,能够同时保证单色仪与成像光谱仪的定标精度,具有复杂度低、通用性强、适用范围广及较高的定标精度等优点,可满足实际使用要求。     

手持式五波段太阳光度计

太阳光度计MICROTOPSII是一个测量气溶胶光学厚度的简单、准确和可靠仪器。通过测量在5个波段的太阳辐射，仪器可直接计算在5个波段的气溶胶光学厚度。本文详细介绍了太阳光度计的测量原理、定标技术和操作方法。水色遥感的一个关键问题是大气校正。利用该仪器对渤海海域上空气溶胶的分布进行了调查，获得了大量宝贵数据。     

基于吉林一号遥感图像的星载目标快速识别系统

针对传统遥感图像地面目标识别系统图像获取周期长,信息实时性差等问题,设计星载目标快速识别系统,用于卫星在轨快速识别,提出改进的基于快速视网膜关键点(FREAK)的特征匹配识别算法,解决遥感图像数据量大、背景复杂的问题。介绍了星载目标快速识别系统的工作原理,提出简化的FREAK特征提取模型,将原有算法的七层模型减少为四层,用于快速提取出遥感图像中目标特征;利用二进制量化空间将高维特征数据量化为二维数据,提高算法的准确度;最后通过匹配,快速识别出遥感目标。实验结果表明,识别算法的准确度平均提高2.3%,识别用时缩短约27.8%,满足遥感卫星在轨目标快速识别的要求。     

多光谱大幅宽光学遥感卫星的热设计及验证

为解决有限热控资源下卫星多个光学遥感载荷及平台单机的热控问题,对该卫星采取主、被动热控相结合的设计方案。首先,根据卫星自身特点、热控需求及轨道外热流确定热设计的总体方案;接着,针对光学载荷和平台重要单机进行详细热设计说明,并利用有限元分析软件计算卫星各组件的温度结果;然后,开展整星热平衡试验,获取试验温度结果判断热设计的正确性;最后,通过对比卫星在轨遥测、热分析及热试验温度数据,验证了该热设计方案的实际效果。在轨遥测数据显示主载荷相机温度控制在19.7~20.3℃之间,光学小载荷温度控制在-31.2~6.6℃之间,舱内单机温度在9.7~29.5℃之间。各温度结果均满足热控指标要求,在轨数据与热分析及热试验结果偏差小于±3℃。表明该光学遥感卫星热设计正确可行,热分析及热试验过程合理可靠。     

Performance evaluation of a new taut wire system for straightness measurement of machine tools

This paper describes evaluation of a method of measuring the straightness of motion of machine tool axes using a taut wire and an optical sensor head mounted at the tool point location. In contrast to commonly used taut wire instruments, straightedges or laser-based methods, this solution combines low cost, simplicity of setup and automated data capture while achieving state of the art accuracy suitable for application on precision machine tools. A series of tests are discussed which examine the performance of the new sensing head and different wires which highlight the suitability of the taut wire properties as a straightness reference. Experimental results obtained on a production machine tool are provided with respect to the accuracy and repeatability of both the proposed taut wire system and a laser interferometer operated under the same conditions. The reference errors of wires made of different materials are compared and the wire catenary is separated from the measurement results. The uncertainty budget for taut wire and laser systems is presented and expanded uncertainty of 4 μm obtained for both. During the experiment, the method showed excellent repeatability with two standard deviations of 1.5 μm over a measuring range of 1.5 m; this performance matches that of a commercial laser interferometer-based straightness reference to within 0.1 μm.     

自校准型光谱辐亮度标准光源

针对高精度空间光学定量遥感的需求,研制了一种采用数字微镜器件的自校准型光谱辐亮度标准光源。该光源具有两种工作模式:在窄带工作模式下,由Gershun管辐射计和CAS光谱辐射计自校准;在宽带工作模式下,作为光谱辐亮度标准光源用于地面或空间遥感仪器的光谱辐亮度响应度定标。以光谱辐照度标准光源和Spectralon标准漫反射板组成光谱辐亮度标准光源为CAS光谱辐射计定标,测得自校准光源的光谱辐亮度。又以标准探测器定标的Gershun管辐射计测量自校准光源,采用迭代法得到自校准光源的光谱辐亮度。窄带模式下两种不同定标方法对自校准光源的光谱辐亮度测量结果在测量不确定度允许范围内一致。不确定度分析显示:基于标准光源和基于标准探测器的自校准光源光谱辐亮度测量不确定度分别为1.41%~2.09%和1.28%~1.61%。实验及不确定度分析结果表明,该光源可以满足高精度空间光学定量遥感的使用要求。     

基于共视法的电压源远程校准方法及一致性评价研究

本文针对传统电压源校准方法存在的问题，提出了一种基于卫星共视法的电压源远程校准方法，该方法以非实物标准传递为基础，实现将标准器置于实验室而无需传递至现场进行远程校准，可解决引入附加误差的问题，通过设计基于共视法的电压源远程校准系统，建立校准模型，根据共视原理，实现标准端和被校端电压值远程比对，完成校准。本文对远程校准方法和传统校准方法在直流0～1 V校准点校准结果进行了对比，结果显示两种方法的校准结果差距在5.2×10^-5 V以内。本文给出了两种方法在直流1 V校准点的不确定度评定过程，并通过传递比较法对两种方法的校准结果进行了一致性评价，结果表明，远程法在1 V校准点的扩展不确定度为9.182 44×10^-5 V(k=2),且校准结果与传统法具有一致性。     

星载太阳辐射监测仪的高精度太阳跟踪

由于FY-3（01）星和FY-3（02）星宽视场扫描式太阳辐射监测仪（SIM）测量时间短、精度低,本文利用FY-3（03）星SIM实现了太阳的高精度跟踪测量。首先,分析了SIM太阳跟踪精度指标、跟踪转动范围,测试并确定了数字太阳敏感器（DSS）的视场范围、频率、分辨率,标定了DSS在轨像面辐照度。为消除跟踪抖动现象,分析测试了控制时间间隔和跟踪精度的关系,确定了理想控制时间间隔为500 ms。外场和在轨实验结果表明,SIM太阳跟踪精度优于±0.1°,俯仰在轨跟踪精度为0.029°,偏航在轨跟踪精度为0.025°,原始太阳总辐照度（TSI）值为1 353.1 W/m²。另外,DSS太阳指向精确,跟踪控制可靠,大幅增加了TSI监测时间。FY-3（03）星SIM在太阳同步轨道卫星上实现了TSI的太阳跟踪测量,跟踪精度是国际空间站（ISS）同类载荷CPD跟踪精度的10倍。     

外部参考信号相位差对接收机零值的影响分析

卫星导航中接收机在使用前要进行零值校准,标记接收机的零值偏差,不同类型接收机的校准方式有所差异,需要研究有针对性的解决方法。本文通过分析接收机的特性,研究了北斗监测接收机(Uni NAV MUE_C_001)的零值校准方法,并搭建了校准平台。试验选用模拟器(Uni NAV GSS8000)对接收机进行校准,在外部输入参考1PPS时间信号和10 MHz频率信号的情况下,接收机零值主要受1 PPS与10 MHz信号相位差(Tt P)的影响。从试验结果来看,连续运行测试时,零值随Tt P的增大而单调递减。开关机测试时,受调钟方式的影响,零值随Tt P的增大而呈周期性变化。试验同时分析了校准的不确定度,受射频滤波器和伪码测距精度的影响,接收机B3频段2.3 ns的不确定度要优于B1、B2频段的2.8 ns。最后对校准的两台接收机进行了零基线比对试验,验证了Tt P与接收机零值的关系,且校准一致性优于0.5 ns。     

Calibration and uncertainty evaluation of single pitch deviation by multiple-measurement technique

Gears are key elements of power transmission systems, and the inspection of their pitch deviation is one of the most important tests on gears. The specifications of gears are assessed using gear measuring instruments (GMIs) or coordinate measuring machines (CMMs), and the results of the measurements must be validated under an appropriate traceability system. In the traceability system, calibrated gauges whose measuring uncertainties are estimated are necessary. In the case of pitch deviation measurement, special artefacts or gears manufactured with high dimensional accuracy are used as reference gauges. In this paper, authors propose calibration and uncertainty evaluation methods for the single pitch deviation of gears measured using CMMs. First, the evaluation of single pitch deviation using a multiple-measurement technique and the estimation of its uncertainty based on the analysis of variance are formulated. Second, a technique for reducing the measurement trials based on the symmetry of the measurement is discussed. Finally, the proposed calibration method is validated through experiments.     

GNSS定位接收器的校准

目前,全球导航卫星系统(Global navigation satellite system,GNSS)接收器不仅是精密测量的主要工具,而且还用于大地测量、地球物理和许多其他工业应用中。确保GNSS测量精度、通用性和寿命的唯一方法是对其接收机进行校准。本文讨论了影响单台GNSS接收机标定精度的参数,并根据以往的经验研究,建立了一个大地基准点作为校准的参考。此外,还讨论了这种校准对国际单位(Systeme international unit,SI unit)的可追溯性。通过三年多的长期测量,验证了基准点的稳定性。最后,对单台样本GNSS接收机进行了标定,并推导了不确定度计算公式。