一种利用恒星进行遥感卫星辐射定标的方法

恒星巡天测量与模型分析显示大量恒星在0.3~35μm波段内的绝对辐射精度达到3%,在可见光波段接近1%.恒星与恒星之间的相对辐射定标精度优于0.2%.部分恒星具有极好的辐射稳定性,可以作为长期稳定的辐射基准.但是恒星有效亮度通常比地面目标低几个量级,并且恒星一般不会直接出现在遥感卫星视场,不利于用作定标源.这里讨论的利用恒星进行辐射定标的方法是在遥感卫星上安装一个与遥感相机波段接近的微型定标相机,它的指向可以通过转动机构在恒星与地面目标之间转换.在观测恒星时通过延长积分时间来获取高信噪比信号,在观测地面目标时由于和遥感相机同时同视场观测有利于精确交叉定标.这个方法可以将作为标准源的恒星辐射直接传递到观测目标.目前分析显示最佳定标精度可以达到2%以内.     

云相机相对辐射定标技术研究

云相机采用阈值法对观测目标区域进行在轨实时云识别。在云判算法中，辐射度量的准确性将会影响最终的反演结果。本文建立了云相机像元响应值与辐亮度之间的信息模型，针对云相机探测器各像元在入射光均匀一致时，输出响应值出现不相等的情况提出了改进措施。首先，根据云相机的信息模型分析了探测器像元响应值不同的原因，建立了云相机的相对辐射定标模型。然后，由于云相机视场角较大，大口径积分球辐射源出射光也难以一次性覆盖所有视场，在实验中设计了分视场测试的方式。最后，根据相对辐射定标模型和分视场测量方式，进行了云相机的相对辐射定标。实验结果表明：云相机对积分球成像结果校正前非均匀性为6%左右，经相对辐射定标校正后，在轨典型信噪比条件下非均匀性达到1.5%以内，低信噪比条件下达到3.25%。定标测试结果满足云相机设计的指标要求。     

遥感相机静态调制传递函数的地面测试原理

为了在地面研制阶段精确地测试空间遥感相机在各种空间频率处的调制传递函数,对测试原理进行了理论推导和分析,并基于此开展了整机在各种空间频率处的传函测试实验。在给出了遥感相机调制传递函数的测试实验链路的基础上,推导了各种空间频率的正弦波和方波靶标在整个链路中的光能传递过程,从而得到了遥感相机在各种频率下的调制传递函数和对比度传递函数的理论形式,并证明了在任何频率处二者之间的转换系数均为π/4。最后,在真空环境下进行了相机在1、1/2和1/3乃奎斯特频率下的调制传递函数测试。实验结果表明:某空间遥感相机在实验室条件下测得的1、1/2和1/3乃奎斯特频率下调制传递函数分别为0.21、0.40和0.59。经计算光学系统反推传函与设计传函衰减系数接近1,证明了方法的正确性。     

机载可见-红外超光谱成像仪信噪比的估算

信噪比表征光谱成像仪的辐射响应,是与其图像质量密切关联的重要参数。对于机载超光谱成像仪,在保证光谱分辨率的同时,要求其信噪比达到数百量级。有别于单色相机,光谱成像仪的信噪比估算侧重于获得其工作波段内各波长处的信噪比值。仿真实际的拍摄条件,特别引入了入射狭缝对视场限制所引起的信噪比衰减,综合考虑平台高度、太阳高度角、地面反射率等环境因子,利用"中分辨率大气传输模型"建立光信号的大气传输模型。超光谱成像仪的工作波段覆盖可见、近红外范围,同时使用的两个探测器的噪声需分别予以计算。信噪比的估算可作为机载超光谱成像仪总体设计和参数确定的依据。     

地球临边场景红外遥感成像仿真方法

地球临边场景仿真是卫星红外探测领域的关键组成部分,是空中高速目标远距离探测场景模拟的重要基础。临边观测下的地球表面近似于球面,传统的基于海洋三维形态并计算表面辐射特性的海洋红外图像仿真方法不适用。云层的厚度和高度对红外辐射传输特性的计算有重要影响,视云层为粒子团的处理方法会大大降低仿真的计算速度。因此,研究了海洋和云的红外辐射模型、地球-空间坐标系与红外相机坐标系的转换关系和大气传输模型,提出地球临边场景红外遥感成像仿真方法。根据场景组分的差异,分别建立海洋分布模型、多层云分布模型,并根据海洋和云层的红外辐射与反射特性,构建地球临边场景红外辐射模型。通过地球-空间坐标系与相机坐标系的转换关系,利用大气传输理论和传感器效应仿真,计算各观测角度的地球临边场景卫星遥感红外仿真图像。实验结果表明:仿真得到的红外图像画质清晰,符合地球临边场景红外辐射特性,其平均拉普拉斯算子和可达0.15,平均灰度梯度可达0.70。     

基于MODTRAN模型计算星载CCD相机信噪比

信噪比表征CCD相机的辐射分辨能力,是评价星载CCD相机图像质量的重要参数。传统的相机信噪比计算方法多为构造模型、推导出计算公式、代入器件参数求解,这样的计算没有考虑相机在轨工作的工作环境,结果值较真实值有显著差距。文中利用MODTRAN模型,对相机在轨工作环境的地面与大气的辐射进行了模拟计算,用实测噪声值代替传统的噪声模型进行计算,最大程度地使计算条件符合星载CCD相机实际在轨工作的情况。还综合考虑了不同太阳高度角、地面反射率条件下CCD相机的信噪比变化情况,量化分析了这些客观因素对CCD相机实拍时信噪比可能造成的影响,该分析对选择星载CDD相机拍摄的季节、时辰有参考价值。     

高层大气环境对长波红外背景辐射特性的影响分析

高层大气长波红外背景辐射特性是目标识别和红外辐射特性测量的重要研究课题.根据NRLMSIS-00大气经验模型,分析了高层大气温度和气体浓度对红外辐射的影响.利用高层大气辐射传输模式SHARC,在6～15 μm波段对不同观测位置和大气模式条件下的高层大气背景辐射进行了数值计算和理论分析.结果表明,高层大气长波红外辐射会随临边切线高度的增加而减弱,随倾斜观测天顶角的增加而增强,随太阳天顶角的增加而减弱.曙暮光和极光对高层大气长波红外辐射具有重要的增强作用,而且高层大气长波红外辐射存在纬度和季节变化特性.高层大气环境对长波红外背景辐射的影响分析结果可供空间目标探测和卫星红外遥感等工程参考.     

不同大气条件对遥感成像影响的蒙特卡罗分析方法

随着遥感器空间分辨率不断提高,大气作为遥感成像过程中不可逾越的介质,由其产生的影响,可能在一定程度上抵消了分辨率的提高。为了定量的分析不同大气条件下对遥感成像带来的影响,首先介绍了蒙特卡罗原理与蒙特卡罗大气辐射传输模拟方法,借助Modtran的标准大气模式,模拟了不同条件下光子的扩散情况,分析了不同波长、能见度、遥感器高度、气溶胶粒子非对称因子以及观测角度条件下,大气点扩散函数的变化情况。模拟结果表明不同大气条件对遥感图像数据质量存在着不同程度的影响。     

高分辨率中红外遥感(3～5μm)成像模拟中邻近效应分析

在星载高分辨率遥感成像模拟中,需要重点考虑大气辐射传输过程.通常情况下,中红外波段大气多次散射作用可以忽略,但在高分辨率中红外遥感成像中却需对由多次散射产生的邻近效应加以适当考虑.为对其进行定量分析,分别将影响中红外邻近效应的地表、大气及卫星观测几何参量等进行分析,结果表明:邻近效应随像元测量条件而改变,且在正常条件下其贡献达到3%左右.通过将现有大气点扩散函数(PSF)解析算法扩展至中红外波段,建立了中红外像元邻近效应模型,将其与大气辐射传输模型进行耦合,共同实现大气辐射传输与邻近效应模拟.模拟结果表明,模型是正确的,且应用方法切实可行;对中红外大气校正、成像模拟均具有一定参考价值.     

基于红外相机积分时间的辐射特性测量精度分析

在进行辐射特性测量时,红外相机积分时间的选取是影响特性测量精度的重要因素。针对该问题,以辐射特性测量实验数据为基础,对同一温度、不同积分时间下的红外图像对比度、信噪比以及辐射特性测量精度进行了分析。结果表明,积分时间通过影响红外图像的对比度和信噪比进而影响了辐射特性测量精度。适当延长红外相机的积分时间,可以增强图像的对比度和信噪比,从而提高辐射特性测量精度。该结果对红外辐射特性测量系统相机积分时间的选取具有指导意义。