光学传感器星上定标漫射板的特性测量与分析

本文对研制的星上定标漫射板半球反射比(DHR)、双向反射比因子（BRF）、双向反射分布函数（BRDF）等反射特性进行了测量;同时,为了考察其在航天环境下的稳定性和适应性,进行了系列环境模拟试验。结果显示：星上定标漫射板反射率在可见近红外波段可达0.99,光谱差异小于0.01,短波红外波段在0.95以上; 10°~60°BRF变化低于0.1, 0°~60°BRDF变化小于0.048,其方向特性与光谱、紫外辐照关系不大;漫射板光学特性受原子氧、质子轰击影响甚微,而紫外辐照下的反射率衰变是由于有机物污染所致,通过改进工艺能够消除这种衰变;漫射板通过了航天级力学环境试验。研究表明：漫射板具备高反射率、光谱平坦性、朗伯性及其在航天环境下的稳定性,能够满足航天应用要求。     

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...     

测绘一号卫星相机的光谱和辐射定标

对测绘一号卫星相机的各个光谱通道进行了光谱定标和辐射定标以验证其光谱辐射性能是否达到设计指标要求。进行光谱定标时,利用单色仪分光谱扫描波长提供准直单色辐射照明,同时同步采集定标图像数据;然后将图像灰度值与已经过校准的参考标准探测器的输出进行比对和数据处理,得到相机各个谱段的相对光谱响应函数曲线,从而进一步获得各项光谱特性参量。辐射定标时,采用近距离面源法充满相机的孔径和视场进行端对端的绝对和相对辐射定标。星上内定标则采用经老炼和筛选过的发光二极管(LED)作为星上定标光源,对焦平面阵列探测器及其成像电路的状态和辐射响应性能变化进行在轨监测,在必要的情况下予以校正。定标结果显示:测绘一号卫星相机的各项光谱和辐射性能均达到了设计指标要求,经过相对辐射校正后响应非均匀性由1.93%下降到0.22%,相机全色谱段信噪比超过90倍,多光谱各通道信噪比优于180倍;发射后在轨星上内定标数据与发射前实验室测试结果的比对显示相机的辐射响应性能未发生明显变化,暂时无须校正。     

基于特征吸收波长板的色散型高光谱传感器光谱定标技术

高光谱传感器的光谱定标是实现高光谱遥感定量化的关键。为了克服传统的基于单色仪扫描的光谱定标方法存在的设备昂贵、耗时等缺点,实现色散型高光谱传感器在野外或飞行中的实时、高精度定标,提出了一种基于特征吸收波长板的色散型高光谱传感器系统级光谱定标方法。分别对特征吸收波长板和漫反射参照体反射信号进行了比对测量,通过优化计算得到了传感器通道的中心波长和带宽。该方法消除了待定标传感器的光谱响应和光源的光谱能量分布带来的影响,能快速准确地实现色散型高光谱传感器的波长定位。运用该技术实现了对野外光谱辐射计FieldSpec(UV/VNIR的光谱定标,并对影响光谱定标精确度的因素进行了分析计算,结果表明,该方法实现的波长准确度0.5 nm,可满足色散型高光谱传感器实时、高精度光谱定标的需要。     

纸浆流量相关测量光学传感器的研究

本文主要介绍了纸浆流量相关测量光学传感器的设计思想,整体结构和试验结果。这种新型光学传感器能够为在线极性相关器提供满足测量要求的随机相关信号,为解决液固两相流体测量问题提供了一个强有力的技术手段。     

MODIS-Aqua漫射衰减产品K_d(490)在南海海域的精度对比

基于遥感手段准确估算水体漫射衰减系数Kd(490),可为有效评价近岸海域水质、准确估算真光层深度提供有力数据和方法支撑。利用2004~2012年在南海海域获得的9个航次的实测Kd(490)数据,通过建立实测与遥感产品的时空匹配数据对,获取与Kd(490)实测数据相对应的MODIS-Aqua遥感反射率(Rrs(λ))和叶绿素a浓度(Chl-a)产品,分别采用算法Muller,Werdell,Morel,Lee和MODIS业务化算法KD2M对南海海域Kd(490)遥感产品进行精度评估与对比;在此基础上,考虑到南海海域水体的特异性,基于相应的实测Rrs(λ)和Chl-a数据集,利用上述算法对Kd(490)反演产品再次进行精度评估与对比,进而探讨Kd(490)产品的误差来源和算法区域化修正的必要性。基于MODIS-Aqua遥感产品,利用上述五种算法获得的MODIS-Aqua Kd(490)产品值与实测值的平均相对误差(APD)分别是20.12%,29.22%,17.98%,22.61%和21.61%,其中,Morel算法最优,且相关系数最高达0.5;基于相应实测数据,利用上述算法反演获得的Kd(490)产品精度均有不同程度的提高,特别是算法Lee和Werdell,APD分别为17.86%和17.97%,提高了5%~11%,最优算法为Morel,其APD可达15.44%。合理选取评估算法及进一步开展算法的区域性修正对于准确估算南海海域Kd(490)产品是非常必要的。     

用于星上定标光源的LED筛选装置

考虑将发光二极管(LED)用作空间相机星上定标光源时对LED的发光一致性和稳定性的要求,研究了对市售LED产品进行试验和筛选的方法。分析了影响LED发光效率的因素及LED作为星上定标光源需要注意的问题,提出了将多只LED作为空间相机星上定标光源的筛选试验方案,并设计、研制了筛选装置。为了检验LED的工作稳定性和不同LED的发光一致性,该装置可同时监测多只LED的发光状态,并实现了无人值守操控和自动测量。利用该装置对某批次72只随机抽取的白光LED进行测试并根据测试数据对被筛选的白光LED进行了分析计算,结果显示,经过筛选的白光LED在连续点亮900 h后,相对光强变化在1.5%左右。最后,从中筛选出符合光源要求的10只LED。     

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。     

用于测量表面粗糙度的漫射反射比光纤传感器

本文介绍了一种用于测量表面粗糙度的漫射反射比光纤传感器，阐述了它的结构、工作原理、实验结果和特点。它能成功地消除待测表面反射率的变化和光源功率不稳定对测量结果的影响。除用于测量表面粗糙度外，还可用来测量微小位移     

太阳漫反射板衰减监测辐射计的设计及性能评估

论述了太阳漫射板星上定标原理,研究了太阳漫射板衰减监测方法。针对星上太阳漫反射板双向反射分布函数(BRDF)的衰变,设计了以太阳为参照,通过与星上漫反射板反射辐射量比对测量实现监测功能的多波段星上漫反射板衰减监测辐射计(SDDM)。介绍了星上定标与漫射板监测的关系,设计了SDDM积分球两开口入光+挡板的光机结构,消除了入射光角度变化与探测器响应的相关性。根据光机结构设置的监测过程,给出了SDDM的监测物理模型,并对SDDM滤光片探测器动态范围设置及信噪比进行了验证和分析。在实验室模拟了太阳照射SDDM太阳观测端口的角度变化,对其透过率模型进行了多次重复测量,结合漫射板相对双向反射比因子(BRF)测量不确定度、卫星姿态及漫射板安装误差进行分析,得到SDDM测量的漫射板监测不确定度优于0.88%。     

星敏感器和遥感相机主光轴交联角的在轨检校

为了提高遥感影像产品的定位精度,研究了星敏感器主光轴和遥感相机主光轴交联角的在轨检校方法。利用高分辨率卫星遥感影像的严格成像模型,将改进的非直接求解模型引入到遥感相机安装误差的标定中,提出一种对遥感相机内外方位元素进行统一检校的方法,实现了星上姿态确定系统和遥感相机之间系统误差的精确补偿。对来自遥感卫星的整轨遥感图像进行处理,利用最优化模型确定遥感相机和星敏感器姿态关系矩阵,进而检校出交联角。最后,利用单像对地目标定位原理,对检校精度进行了验证。实验结果表明,校正后地面点经纬度方向平面位置RMS误差分别为9.31 m和9.28 m,显示通过内外方位元素统一检校,遥感图像的定位精度得到显著提高。     

电容传感器线性度标定平台

设计了一种电容位移传感器在线标定平台,用于位移的高精度调节和检测。该平台的运动对称中心轴、测量光路的对称中心轴和传感器的传感轴共轴,故从测量原理上减小了阿贝误差。标定平台具有z/tip/tilt调节功能,保证了传感器的传感面和被测面板的被测面之间的装调对准。介绍了标定平台的组成和标定方法的原理,采用对称平行四边形机构实现了微位移调节,基于柔度矩阵法(CMM)分析了导向机构的输出柔度和行程。试验测得动平台行程为735.162μm,和有限元法(FEM)、CMM计算结果的误差分别为7.410%和4.633%,满足行程误差要求。经过标定补偿后,传感器的线性度由0.014 21%提高至0.006 231%。实验结果显示,该线性度标定方法精度高,标定后的传感器满足位移精密调节机构使用要求。     

应用非线性优化算法自主标定星敏感器

考虑传统的星敏感器标定方法忽略了星敏感器的畸变与光学参数之间的相互作用而引入的额外误差,提出了一种基于非线性优化的星敏感器自主标定算法。该算法首先忽略星敏感器畸变的影响,构建目标函数,利用LevenbergMarquardt非线性优化算法优化星敏感器的光学参数;然后,将得到的光学参数估计值作为理想值,通过线性最小二乘法估计相机的镜头畸变系数;最后,将前两个步骤获得的参数作为初始值,构建目标函数,利用Levenberg-Marquardt算法同时优化光学参数和畸变系数。开展了仿真实验研究,并与最小二乘法和Samman法的标定结果做了对比,结果表明:提出的方法能够很好地实现星敏感器的自主标定。在同等测试条件下,文中算法获得的最大残差为0.015pixels,精度高于其它两种标定方法两个数量级。星敏感器外场实验还表明,提出的优化方法有效提升了星敏感器的性能。     

利用积分球光源定标空间紫外遥感光谱辐射计

基于内部照明积分球的辐亮度定标方法,获得了接近理想的大面积辐亮度光源(~2%),标定了在研的空间紫外遥感光谱辐射计的亮度响应度。在假设标准灯为均匀亮度的点光源情况下,对照明因子进行了修正。同时利用两种漫反射板对此修正进行了实验研究,得到了采用两种漫反射板标定的光谱辐射计亮度响应度有很好的一致性(1%)的结论。初步的定标数据分析显示,石英卤钨灯光谱辐照度测量的相对不确定度和距离测量的不确定度是积分球定标最主要的不确定度来源,可用于紫外波段光谱辐射计的高精度辐射定标,并可以极大地降低定标不确定度。     

标准漫反射板绝对反射比因子测量装置

分析和研究了测量绝对反射比因子的原理,设计、制作了一套可以测量光源入射照度和反射辐亮度的比辐射计和一套45°/0°漫反射板绝对反射比因子测量装置。首先,使用比辐射计测量光源的入射照度和反射辐亮度,给出漫反射板绝对反射比因子的计算公式;然后,根据推导公式中辐射亮度由测量比辐射计的光阑面积决定,提出一种新的光学方法来精确测量光阑面积,从而提高测量精度。最后,介绍了测量装置的设计和其它部件的制作过程。采用该装置实验测量了安徽光学精密机械研究所研制的标准漫反射板在633～960nm的绝对反射比因子,得到的装置的测量不确定度为0.19%。实验结果表明,该测量装置测量方法简单、精度高,可以满足反射比因子的测量要求。     

Present status of research on space optical remote sensors at CIOMP

1　IntroductionWiththerapidtechnologydevelopment,spaceopticalremotesensor (SORS)appearstobeplayingmoreandmoreimportantroleinearthenvironmentprotection ,nationaleconomicdevelopmentandde fense .Basically ,itisamultidisciplinaryhigh techproductintegratingwithoptics,mechanics,elec tronics,materialtechnology ,andcomputertechn ology .AsthecradleofopticsresearchinChina ,ChangchunInstituteofOptics,FineMechanicsandPhysics,Chineseacademyofsciences (CI OMP)hasbeendoingresearchanddevelopmentinallth…     

空间光学遥感器的辐射传递特性与校正方法

由于受大气背景辐射和自身光电响应特性的影响,对地观测的空间光学遥感器所获取的原始数字图像与景物真实的辐射亮度图像相差甚远 ,为此,通过对光学传感器辐射定标,建立了入射辐射亮度与输出图像灰度间的辐射响应函数,来实现辐射亮度图像的反演和辐射校正。根据光学遥感器辐射传递转换过程,采用泰勒级数和矩阵函数模型描述了"辐射响应函数"的物理概念,并提出了多次回归分析求解矩阵方程获得辐射校正系数的方法。在进一步的实验中,结合积分球扩展辐射源对某型号民用相机进行实验室辐射定标,获得了该相机的辐射响应函数。实验结果表明,该方法可行且实用。最后,对实验获得"辐射响应函数"的物理意义以及辐射定标精度等问题进行了讨论。     

“电压百分率输出”传感器的特性及校验

"电压百分率输出"是一种非标准信号,目前在进口设备中得到广泛应用。为解决这种新型电压百分率输出信号的校验问题,根据信号特性及有关国家校验标准,提出了"电压百分率输出"传感器的校验方法及数据处理方法。在校验装置、标准仪表选型、校验点的选取、校验的程序与步骤、数据处理方法等方面做了深入分析。经过多次现场应用,其结果表明,该校验与数据处理方法实用可行,能帮助相关工程技术人员了解此类传感器校验知识,更快地掌握其校验方法。