基于灰阶靶标的高分辨光学卫星传感器在轨绝对辐射定标

辐射定标是光学卫星传感器遥感信息定量化的关键技术之一。基于多灰阶靶标的星载多光谱相机在轨绝对辐射定标方法,以地面漫射辐射/总辐射比、大气光学厚度等参数的实际测量代替气溶胶散射特性假设,通过参照目标反射辐射与大气程辐射及地气耦合辐射的分离,简化定标流程,并突破大面积辐射校正场受时空条件的限制,实现高分辨率多光谱遥感器全动态范围内的高精度、高频次、业务化定标。试验结果表明:基于灰阶靶标的高分辨光学卫星传感器在轨绝对辐射定标不确定度优于3.5%,与反射率基法定标结果的差异优于5%,且适应于复杂环境条件下在轨定标的应用需求。     

扫描式氙灯太阳模拟器十维扫描系统

为了模拟卫星在轨全年的太阳辐照情况,检验、优化整星的杂散光抑制能力,分析了光学载荷的在轨成像条件,设计了一种基于7维扫描镜+2维折反镜+1维被测样件共计10维运动机构的扫描式氙灯太阳模拟器,并建立了它们关于照明姿态和位置的控制方程,完成了被测样件的空间环境模拟照明。实验表明,对1 700mm×2 700mm的被测样件可实现方位角为-90°~+90°、俯仰角为-29°~+42.5°的模拟照明,角精度分别可达0.2°和0.1°,位置精度优于10mm。该扫描式太阳模拟器可较精确地为部分卫星提供全年太阳照明空间环境模拟实验。     

基于地面人工标志的卫星在轨几何定标方法研究

高分辨遥感卫星影像像点量测精度对卫星在轨几何检校具有重要意义。为了提高“资源三号”卫星影像像点量测精度,设计了四种可移动式高低反射率地面人工标志。利用在轨试验验证和多种像点量测方法,确定了方形十字对顶角标志能够兼顾到标志的最小尺寸与最佳图案的设计要求。该标志具有良好的光学特性和理化特性,对野外环境有很强的适应性。在轨试验结果表明,这种标志可以应用于当前高分辨、三线阵相机影像的像点量测,满足“资源三号”卫星在轨几何检校对预定的0.15像素量测精度的要求。     

基于六轴串联机械手的双向反射分布函数测量装置

由于现有的双向反射分布函数(BRDF)测量装置多为3轴系统,不能完全实现样品表面以上2π空间的全角度BRDF测量,本文研制了新型BRDF测量装置。该新型装置采用高精密六轴串联机械手作为待测目标的定位机构,使待测目标在测点进行三维转动;采用竖转台作为探测器探头的定位机构,使探头指向绕测点进行一维转动,从而形成4维转动以构建BRDF测量所需的4角几何关系。研制的装置可测量的入射和反射光束角度为:方位角0~360°、天顶角0~70°;光谱可扫描区350~2 500nm。BRDF测量过程由测控软件控制,可高精度、无遮挡、全自动、快速地构建BRDF测量几何关系,一次待测目标和探测器定位以及光谱扫描、传输、显示、存储平均用时约8s,测量不确定度优于2.5%(k=2)。     

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%。     

光学遥感卫星杂散光扫描测试系统

为了实际测量、验证光学遥感卫星的杂散光抑制能力,分析某些特殊卫星的成像轨道和时间特点,研制了一套基于7维大型机器人的光学遥感卫星杂散光扫描测试系统。根据卫星全年太阳照明几何条件,通过建立的光束扫描子系统各机构的控制方程构建照明光束的扫描位置、方位角（-90~+90）和俯仰角（-29~+42.5）,精度分别达到10 mm、0.2和0.1。消光子系统采用反射率低于1.5%（400~1 600 nm）的材料和大消光比结构,极黑目标模拟器消光比可达9.910-7。研制的光学遥感卫星杂散光扫描测试系统能够满足目前大部分光学遥感相机的杂散光测试、分析和验证要求。     

高精度星上定标漫射板双向反射分布函数绝对测量系统研究

星上定标漫射板双向反射分布函数（BRDF）的测量不确定度直接影响着星上绝对辐射定标的精度。现有的BRDF测量装置难以在功能和测量精度等方面满足星上定标漫射板BRDF测量的要求,在这样的背景下,建立了BRDF绝对测量系统。该测量系统以高亮度、高均匀性积分球辐射源为照明光源、高精度串联式六轴机器人和中空分度盘为BRDF转角主体、宽光谱大动态范围辐射计为光电信号探测单元,通过几何、电子等相关物理量的高精度溯源及标校,实现了星上定标漫射板BRDF小于1%的测量不确定度。