CN104458591B - 一种色散型光谱成像***的在轨光谱定标方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种色散型光谱成像***的在轨光谱定标方法，实现为在地面铺设LED靶标组和电源，LED靶标组提供特征光谱，LED靶标组中由n个不同波长的窄带LED组成，利用色散型光谱成像仪中探测器对每一波长的窄带LED的响应数据，得到一个高斯曲线，将高斯曲线的中心作为这一波长的窄带LED在探测器上响应的位置来计算步骤3中的谱线位移量；根据得到的不同波长的窄带LED在探测器上的位置，与实验室定标所得的位置对比，两者相减得到每一波长在探测器上的谱线位移量，确定每一光谱通道的中心波长位置。本发明具有快速、有效、低成本的优点，且不受卫星过顶区域为夜晚时条件的影响。

Description

一种色散型光谱成像***的在轨光谱定标方法
技术领域
本发明涉及一种色散型光谱成像***的在轨光谱定标方法，属于遥感成像技术领域。
背景技术
光谱成像技术可以获取同时目标光谱和图像信息，经过定标后，可以使光谱信息定量化，从而可以通过其所获得的信息识别目标。按照定标内的不同，定标可以分为光谱定标、相对辐射定标和绝对辐射定标，其中绝对辐射定标是定量化应用的关键；按照实施阶段的不同，定标可以分为实验室定标、野外定标和在轨定标。
在轨定标包括内定标和大气吸收线定标。内定标需要携带大量的定标仪器，增加了卫星重量，对所有通道进行扫描需要的周期较长，在太空环境下不能保证定标仪器本身不发生变化，并且需要通过其它部件的转动，使光源进入相机的视场，如此会有转动装置卡滞，造成相机不能对地球成像的危险，而且***硬件和软件也会非常复杂；当采用大气吸收线进行发射后光谱定标时，卫星经过定标场区域(如沙漠、海洋等)进行标定，只能对个别几个通道进行标定，并且需要在日照区才能进行，当卫星经过的区域处于夜晚时需要一种便携、轻便的在轨光谱定标的仪器和方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：解决在轨快速光谱定标的问题，弥补在卫星经过的区域为夜晚时进行光谱定标的不足，提供一种色散型光谱成像***的在轨光谱定标方法，具有快速、有效、低成本的优点，且不受卫星过顶区域为夜晚时条件的影响。
本发明技术解决方案：一种色散型光谱成像***的在轨光谱定标方法，其特征在于实现步骤如下：
(1)在地面铺设LED靶标组和电源，LED靶标组提供特征光谱，LED靶标组中由n个不同波长的窄带LED组成，1<n<m，m为色散型光谱成像仪中的光谱通道数，每个波长的窄带LED都与色散型光谱成像仪中的某一光谱通道对应。LED靶标组铺设分布形式的设计依据是在进行定标时，卫星经过靶标所在区域时保证色散型光谱成像仪中探测器必然有一个像元接收到LED发出的能量，达到在轨光谱定标的要求；
(2)利用色散型光谱成像仪中探测器对每一波长的窄带LED的响应数据，得到一个高斯曲线，将高斯曲线的中心作为这一波长的窄带LED在探测器上响应的位置来计算步骤3中的谱线位移量；
(3)根据步骤(2)得到了不同波长的窄带LED在探测器上的位置，与实验室定标所得的位置对比，两者相减得到每一波长在探测器上的谱线位移量代表波长为λ的第i个光谱通道的谱线位移量。将它们的平均值作为色散型光谱成像仪谱线位移量的估计，
(4)根据步骤3中得到的色散型光谱成像仪平均谱线位移量确定每一光谱通道的中心波长位置。
所述LED靶标组中每组由n个不同波长的窄带(窄带LED光源的光谱带宽小于20nm，发散角小于15°)LED组成，每个窄带LED的中心波长与色散型光谱成像仪的特征光谱相匹配，要求n个窄带LED同时进入同一个像元视场内，考虑到靶标与色散型光谱成像仪观察区域相对位置的误差，放置16组靶标分布，两对之间间隔为色散型光谱成像仪地元分辨率的一半。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明利用不同波长的窄带LED，可以确定多个光谱通道的中心波长位置，提高定标精度；
(2)本发明不需要精确的指向操作，只需要提供足够的能量，即可以使色散型光谱成像仪观测到；
(3)本发明利用LED靶标组，可以定时对色散型光谱成像仪进行在轨光谱定标。
附图说明
图1为本发明在轨光谱定标方法实现流程图；
图2为本发明LED靶标组在轨定标方法示意图；
图3为本发明中LED靶标组排布方式；
图4为谱线漂移机理；
其中：
21为搭载成像光谱仪的卫星；
22为大气层；
23为地面；
24为电源；
25为LED靶标组；
26为卫星推扫方向；
31为每组由n个不同波长的窄带LED组成的LED靶标组；
32为色散型光谱成像仪的地元分辨率；
33为色散型光谱成像仪1/2的地元分辨率。
具体实施方式
如图1所示，本发明方法实现步骤为：
步骤11、在地面23铺设LED靶标组25和电源24，LED靶标组25提供特征光谱，电源24为靶标组供电。载有色散型光谱成像仪的卫星21运行在大气层22上方，沿卫星推扫方向26对LED靶标组25所在的区域进行推扫，LED靶标组25分布形式的设计主要依据是在进行定标时，在卫星21经过LED靶标组25所在区域时保证探测器必然有一个像元接收到LED发出的能量，达到在轨光谱定标的要求。LED靶标组中每组由n个不同波长的窄带LED组成，每个窄带LED的中心波长与色散型光谱成像仪的特征光谱相匹配，要求n个窄带LED同时进入同一个像元视场内。
如图3所示，在面积为色散型光谱成像仪的地元分辨率32*色散型光谱成像仪的地元分辨率32大小的区域上，放置16组每组由n个不同波长的窄带LED组成的LED靶标组31的靶标分布，考虑到靶标与色散型光谱成像仪观察区域相对位置的误差，两对靶标之间的间隔色散型光谱成像仪1/2的地元分辨率33。
卫星21沿卫星推扫方向26对LED靶标组25所在的区域进行推扫后，卫星21所载的色散型光谱成像仪中探测器对每一波长的窄带LED都有响应数据。
步骤12、将响应数据做插值后得到一个高斯曲线，将高斯曲线的中心作为这一波长的窄带LED在探测器上响应的位置来计算步骤13中的谱线位移量。
基于地面上LED靶标组的在轨光谱定标需要以实验室定标的数据为前提，色散型光谱成像仪在实验室内在不同温度下进行光谱标定后，根据相关研究，其相同温度下的色散模型变化很小，可以认为是不变的。
如图4所示，升空后由于震动等不明因素造成探测器和棱镜位置的相对变化，可能造成谱线的空间位置整体移动，棱镜的色散率不变，则不同波长的光线经过棱镜后在探测器上的位移都应相同；
步骤13、根据得到的不同波长的窄带LED在探测器上的位置，与实验室定标所得的位置对比，两者相减得到每一波长在探测器上的谱线位移量代表波长为λ的第i个光谱通道的谱线位移量。将它们的平均值作为色散型光谱成像仪谱线位移量的估计，
步骤14、根据得到的色散型光谱成像仪平均谱线位移量确定每一光谱通道的中心波长位置。
以上所提到的实施方式仅作为本发明技术方案的示例性说明，而不应解释为对本发明的限制，任何对本发明进行显而易见的局部更改都应视为本发明的替代方案。这种替代方案包括改变LED靶标组中每组窄带LED的组成个数、LED靶标组的排布方式等。这些更改和变化不脱离本发明的实质范围。

Claims (1)

1.一种色散型光谱成像***的在轨光谱定标方法，其特征在于实现步骤如下：
(1)利用LED靶标组，定时对色散型光谱成像仪进行在轨光谱定标，在地面铺设LED靶标组和电源，LED靶标组提供特征光谱，LED靶标组中由n个不同波长的窄带LED组成，每个窄带LED的中心波长与色散型光谱成像仪的特征光谱相匹配，要求n个窄带LED同时进入同一个像元视场内，1<n<m，m为色散型光谱成像仪中的光谱通道数，每个波长的窄带LED都与色散型光谱成像仪中的某一光谱通道对应；LED靶标组铺设分布形式的设计依据是在进行定标时，卫星经过靶标所在区域时保证色散型光谱成像仪中探测器必然有一个像元接收到LED发出的能量，达到在轨光谱定标的要求；(2)利用色散型光谱成像仪中探测器对每一波长的窄带LED的响应数据，得到一个高斯曲线，将高斯曲线的中心作为这一波长的窄带LED在探测器上响应的位置来计算步骤(3)中的谱线位移量；
(3)利用不同波长的窄带LED，可以确定多个光谱通道的中心波长位置，根据步骤(2)得到了不同波长的窄带LED在探测器上的位置，与实验室定标所得的位置对比，两者相减得到每一波长在探测器上的谱线位移量代表波长为λ的第i个光谱通道的谱线位移量，将它们的平均值作为色散型光谱成像仪谱线位移量的估计，
(4)根据步骤(3)中得到的色散型光谱成像仪平均谱线位移量确定每一光谱通道的中心波长位置；所述窄带LED光源的光谱带宽小于20nm，发散角小于15°，n个窄带LED同时进入同一个像元视场内，考虑到靶标与色散型光谱成像仪观察区域相对位置的误差，放置16组靶标分布，两对之间间隔为色散型光谱成像仪地元分辨率的一半。
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