一種基于地面激光靶標的在軌光譜定標方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于地面激光靶標的在軌光譜定標方法及裝置，其中，所述方法包括：搭載在衛星上的光譜儀接收至少2個激光器發射的激光，輸出響應數據并將所述響應數據發送給處理裝置，所述響應數據包括全部光譜通道的光斑位置；所述處理裝置將所述響應數據與實驗室光譜定標數據比較，得到在軌光譜定標數據。基于地面激光器發射的光束，確定不同波長在探測器上的空間位置，與實驗室定標數據對比，計算出多個譜線漂移量提高在軌定標精度。
【專利說明】一種基于地面激光靶標的在軌光譜定標方法及裝置【技術領域】
[0001]本發明涉及光學【技術領域】，尤其涉及一種基于地面激光靶標的在軌光譜定標方法及裝置。
【背景技術】
[0002]成像光譜儀能夠同時獲取目標的二維空間圖像和一維光譜信息，既能直觀反映被測目標的幾何形貌，又能提供目標的理化屬性，是一種圖譜結合的探測手段。上個世紀八十年代以來，光譜成像技術開始被廣泛應用于航天航空遙感成像，通過飛行器搭載，在礦產與石油資源探測、水質及大氣污染監測、精準農業和林業等領域取得了矚目成就。目前，這項技術已經逐步滲透到生物醫學、藝術品防偽鑒定、食品安全監測、疾病的控制與治療等民用領域，獲得了越來越廣泛的研究與運用。對于星載成像光譜儀，發射升空后儀器狀態會發生改變，為了能夠獲得目標有效的光譜信息，除對相機進行實驗室定標外，還需要進行在軌定標。
[0003]傳統的成像光譜儀在軌定標包括內定標、太陽定標和大氣吸收線定標。內定標需要攜帶大量的定標儀器，增加了衛星重量，對所有通道進行掃描需要的周期較長，在太空環境下不能保證定標儀器本身不發生變化，并且需要通過其它部件的轉動，使光源進入相機的視場，如此會有轉動裝置卡滯，造成相機不能對地球成像的危險，而且系統硬件和軟件也會非常復雜；當采用大氣吸收線進行發射后光譜定標時，只能對個別幾個通道進行標定，對于色散非線性的成像光譜儀難以保證其所有通道定標的精度。
【發明內容】
[0004]本發明實施例的目的是提供一種基于地面激光靶標的在軌光譜定標方法及裝置，提聞定標的精度。
[0005]本發明實施例的目的是通過以下技術方案實現的:
[0006]—種基于地面激光IE標的在軌光譜定標方法,包括:
[0007]搭載在衛 星上的光譜儀接收至少2個激光器發射的激光，輸出響應數據并將所述響應數據發送給處理裝置，所述響應數據包括全部光譜通道的光斑位置；
[0008]所述處理裝置將所述響應數據與實驗室光譜定標數據比較，得到在軌光譜定標數據。
[0009]一種基于地面激光靶標的在軌光譜定標裝置，包括至少2個激光器、定向控制裝置以及光束發散角控制裝置:
[0010]所述定向裝置，用于調整所述至少2個激光器之間的間距；
[0011]所述光束發散角控制裝置，用于調整所述至少2個激光器發射的激光光束的光束發散角；
[0012]所述至少2個激光器，用于在預定位置按照預定光束發散角發射激光光束；
[0013]激光器發射的激光光束被搭載在衛星上的光譜儀接收，所述光譜儀輸出響應數據，所述響應數據包括全部光譜通道的光斑位置。
[0014]由上述本發明實施例提供的技術方案可以看出，基于激光器(地面靶標)發射的光束，獲取光譜儀的響應數據，確定不同波長在探測器上的空間位置，與實驗室定標數據對比，計算出譜線漂移量，提高在軌定標精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。
[0016]圖1為本發明實施例提供的基于地面激光靶標的在軌光譜定標裝置結構示意圖。
[0017]圖2為本發明實施例提供的基于地面激光靶標的在軌光譜定標裝置應用示意圖。
[0018]圖3為本發明實施例提供的基于地面激光靶標的在軌光譜定標方法流程示意圖。
[0019]圖4為本發明實施例提供的基于地面激光靶標的在軌光譜定標裝置應用示意圖。
[0020]圖5為本發明實施例提供的基于地面激光靶標的在軌光譜定標方法光譜漂移和光斑位置示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。
[0022]如圖1所示，本發明實施例提供一種基于地面激光靶標的在軌光譜定標裝置，包括至少2個激光器11、定向控制裝置12以及光束發散角控制裝置13:
[0023]定向控制裝置12，用于調整至少2個激光器11之間的間距；
[0024]光束發散角控制裝置13，用于調整至少2個激光器11發射的激光光束的光束發散角；
[0025]至少2個激光器11，用于在預定位置按照預定光束發散角發射激光光束；
[0026]激光器11發射的激光光束被搭載在衛星上的光譜儀接收，光譜儀輸出響應數據，所述響應數據包括全部光譜通道的光斑位置。
[0027]由上述本發明實施例提供的技術方案可以看出，基于地面激光靶標，可以確定不同波長在探測器上的空間位置，與實驗室定標數據對比，計算出多個譜線漂移量，提高在軌定標精度。
[0028]本發明實施例基于地面激光靶標的在軌光譜定標裝置設置在地面，光譜儀搭載在衛星上，本發明實施例基于地面激光靶標的在軌光譜定標裝置可以隨意搬動，具有很好的便攜性，搬動到需要的位置，可以隨時進行定標，不必等待衛星經過某地時才進行定標。
[0029]本發明實施例基于地面激光靶標的在軌光譜定標裝置，定向裝置12，具體可以用于根據光譜儀的空間分辨率對應確定一組激光器(2個激光器為一組)之間的間距，其中，激光器組之間的間距小于等于光譜儀的空間分辨率，大于十分之一空間分辨率。假如空間分辨率為4m，則激光器組間距要小于等于4m，大于0.4m。
[0030]具體的，光譜儀的空間分辨率可以結合現有技術的以理解。
[0031]光束發散角控制裝置13，具體可以用于根據衛星軌道定位的精度和激光器指向精度確定激光器發射的激光光束的光束發散角，其中，激光器的光束發散角大于衛星定位角度誤差與激光器指向誤差之和。
[0032]具體的，衛星軌道定位的精度和激光器指向精度可以結合現有技術的以理解。
[0033]本發明實施例基于地面激光靶標的在軌光譜定標裝置，激光器12提供多個波長激光，可以確定多通道的中心波長位置，提高定標精度。
[0034]本發明實施例基于地面激光靶標的在軌光譜定標裝置，如圖2所示，至少2個激光器21活動設置在地面平臺22上，地面平臺22設置有方位軸23，方位軸23可以沿231方向旋轉。
[0035]激光器22可以通過導軌設置在地面平臺22上，不受此限制。
[0036]激光器22可以沿221方向移動，激光器22之間的間距可以調整，保證必然有一組激光器可以在光譜儀的相機某一次曝光時進入相機視場。
[0037]光束發散角控制裝置23可以包括陀螺經緯儀，調整方位軸23控制至少2個激光器的光束發散角。
[0038]仍如圖2所示，電源24為激光器供電。
[0039]本發明實施例基于地面激光祀標的在軌光譜定標裝置，激光器發射的激光波長，可以根據待定標成像光譜儀的設計光譜參數或者實驗室定標數據確定，盡量平均分布在光譜儀響應范圍內。
[0040]示例性的，若有幾個光譜通道響應中心波長在探測器上的空間位置為1，2，3，則激光光斑在探測器的位置與中心波長的位置之差盡量均勻分布在-0.5?0，5之間。
[0041]實驗室光譜定標數據可以包括:每個光譜通道的中心波長、帶寬及光斑位置。示例性的，采用單色儀，在多個波長(不限于激光波長)下，測定每個光譜通道的光斑位置。
[0042]在軌光譜定標數據可以包括:每個光譜通道的中心波長。實驗室光譜定標數據包括:帶寬時，在軌光譜定標數據還可以包括:帶寬，其中，帶寬可以與實驗室測定的帶寬一致。
[0043]本發明實施例基于地面激光靶標的在軌光譜定標裝置，還可以包括處理裝置，用于將所述響應數據與實驗室光譜定標數據比較，得到在軌光譜定標數據。
[0044]具體的，處理裝置用于:
[0045]將所述響應數據中光譜通道的光斑位置對應與實驗室光譜定標數據中光譜通道的光斑位置比較，得到譜線偏移量和旋轉量；
[0046]根據所述譜線偏移量和旋轉量以及實驗室光譜定標數據中光譜通道的中心波長，得到在軌光譜定標數據中光譜通道的中心波長。
[0047]其中，光譜通道，可以參考現有技術的以理解，在此不做限制。
[0048]示例性的，如圖5所示，得到在軌光譜定標數據與實驗室光譜定標的圖譜，圖譜體現了光斑位置和全部光譜通道的譜線位置。實驗室定標時激光光斑的位置51，實驗室定標光譜位置52 (每條線代表同一波長)，在軌定標時激光光斑的位置53,在軌定標光譜位置54。可見，激光光斑可以連成一條直線，則通過這條直線在衛星入軌前后的變化就可以得到偏移量和旋轉量。
[0049]綜合上述描述，可見，本發明實施例基于地面激光靶標的在軌光譜定標裝置，利用多波長激光，可以確定多通道的中心波長位置，提高定標精度。
[0050]搬動到需要的位置，可以隨時進行定標，不必等待衛星經過某地時才進行定標，可以實現成像光譜儀的快速在軌光譜定標。
[0051]根據衛星的運行規律和天氣，可以定時對成像光譜儀進行在軌光譜定標。
[0052]如圖3所示，本發明實施例提供一種基于地面激光靶標的在軌光譜定標方法，包括:
[0053]步驟31、搭載在衛星上的光譜儀接收至少2個激光器發射的激光，輸出響應數據并將所述響應數據發送給處理裝置，所述響應數據包括全部光譜通道的光斑位置；
[0054]步驟32、所述處理裝置將所述響應數據與實驗室光譜定標數據比較，得到在軌光譜定標數據。
[0055]由上述本發明實施例提供的技術方案可以看出，基于地面激光靶標，可以確定不同波長在探測器上的空間位置，與實驗室定標數據對比，計算出多個譜線漂移量提高在軌定標精度。
[0056]激光器、處理裝置設置在地面，光譜儀搭載在衛星上，激光器、處理裝置可以隨意搬動，具有很好的便攜性，搬動到需要的位置，可以隨時進行定標，不必等待衛星經過某地時才進行定標。
[0057]本發明實施例基于地面激光靶標的在軌光譜定標方法，實驗室光譜定標數據可以包括:每個光譜通道的中心波長、帶寬及光斑位置。示例性的，采用單色儀，在多個波長(不限于激光波長)下，測定每個光譜通道的光斑位置。
[0058]在軌光譜定標數據可以包括:每個光譜通道的中心波長。實驗室光譜定標數據包括:帶寬時，在軌光譜定標數據還可以包括:帶寬，其中，帶寬可以與實驗室測定的帶寬一致。
[0059]光譜通道，可以參考現有技術的以理解，在此不做限制。
[0060]進一步的，所述處理裝置將所述響應數據與實驗室光譜定標數據比較，得到在軌光譜定標數據，可以包括:
[0061]將所述響應數據中光譜通道的光斑位置對應與實驗室光譜定標數據中光譜通道的光斑位置比較，得到譜線偏移量和旋轉量；
[0062]根據所述譜線偏移量和旋轉量以及實驗室光譜定標數據中光譜通道的中心波長，得到在軌光譜定標數據中光譜通道的中心波長。
[0063]本發明實施例基于地面激光靶標的在軌光譜定標方法，激光器可以至少為2個，所述2個激光器之間的間距小于等于光譜儀的空間分辨率。其中，激光器組之間的間距小于等于光譜儀的空間分辨率，大于十分之一空間分辨率。假如空間分辨率為4m，則激光器組間距要小于等于4m,大于0.4m。
[0064]光譜儀的空間分辨率可以結合現有技術的以理解。
[0065]本發明實施例基于地面激光靶標的在軌光譜定標方法，所述激光器的光束發散角大于衛星定位角度誤差與激光器指向誤差之和。
[0066]具體可以用于根據衛星軌道定位的精度和激光器指向精度確定激光器發射的激光光束的光束發散角，衛星軌道定位的精度和激光器指向精度可以結合現有技術的以理解。
[0067]下面如圖4所示，說明本發明實施例基于地面激光靶標的在軌光譜定標方法:
[0068]地面41上設置基于地面激光靶標的在軌光譜定標裝置，激光靶標42可以沿箭頭421方向移動，并可沿箭頭422方向旋轉。根據衛星43的觀測角度和觀測區域提前固定激光靶標42的位置和光束指向角度，兩激光器沿推掃方向排列，距離可以調整，距離小于一個地元大于觀測時的不穩定距離，保證必然有一組激光器可以在相機某一次曝光時進入相機視場。
[0069]當衛星43過境時(推掃方向44)，激光靶標42的光束(透過大氣45)到達搭載在衛星43上的光譜儀。
[0070]如圖5所示，實驗室定標時激光光斑的位置51，實驗室定標光譜位置52，在軌定標時激光光斑的位置53，在軌定標光譜位置54。基于光譜漂移機理，認為光譜漂移只發生了平移和旋轉，在實驗室定標時記錄激光光斑的位置和全部光譜通道的光譜定標數據作為參考，在軌定標獲得的數據與實驗室定標數據進行對比，計算出譜線偏移和旋轉量，根據偏移量和旋轉量推測全部光譜通道的中心波長。
[0071]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種基于地面激光IE標的在軌光譜定標方法，其特征在于，包括: 搭載在衛星上的光譜儀接收至少2個激光器發射的激光，輸出響應數據并將所述響應數據發送給處理裝置，所述響應數據包括全部光譜通道的光斑位置； 所述處理裝置將所述響應數據與實驗室光譜定標數據比較，得到在軌光譜定標數據。
2.根據權利要求1所述的基于地面激光靶標的在軌光譜定標方法，其特征在于，所述2個激光器之間的間距小于等于所述光譜儀的空間分辨率，所述激光器的光束發散角大于衛星定位角度誤差與激光器指向誤差之和。
3.根據權利要求1或2所述的基于地面激光靶標的在軌光譜定標方法，其特征在于，實驗室光譜定標數據包括每個光譜通道的中心波長、光斑位置，所述處理裝置將所述響應數據與實驗室光譜定標數據比較，得到在軌光譜定標數據，包括: 將所述響應數據中光譜通道的光斑位置對應與實驗室光譜定標數據中光譜通道的光斑位置比較，得到譜線偏移量和旋轉量； 根據所述譜線偏移量和旋轉量以及實驗室光譜定標數據中光譜通道的中心波長，得到在軌光譜定標數據中光譜通道的中心波長。
4.一種基于地面激光靶標的在軌光譜定標裝置，其特征在于，包括至少2個激光器、定向控制裝置以及光束發散角控制裝置: 所述定向裝置，用于調整所述至少2個激光器之間的間距； 所述光束發散角控制裝置，用于調整所述至少2個激光器發射的激光光束的光束發散角； 所述至少2個激光器，用于在預定位置按照預定光束發散角發射激光光束； 激光器發射的激光光束被搭載在衛星上的光譜儀接收，所述光譜儀輸出響應數據，所述響應數據包括全部光譜通道的光斑位置。
5.根據權利要求4所述的基于地面激光靶標的在軌光譜定標裝置，其特征在于，所述定向裝置，具體用于根據光譜儀的空間分辨率對應確定所述2個激光器之間的間距，其中，激光器之間的間距小于等于光譜儀的空間分辨率。
6.根據權利要求4所述的基于地面激光靶標的在軌光譜定標裝置，其特征在于，所述光束發散角控制裝置，衛星軌道定位的精度和激光器指向精度確定激光器發射的激光光束的光束發散角，其中，激光器的光束發散角大于衛星定位角度誤差與激光器指向誤差之和。
7.根據權利要求4或5或6所述的基于地面激光靶標的在軌光譜定標裝置，其特征在于，至少2個激光器活動設置在地面平臺上，所述地面平臺設置有方位軸，調整所述方位軸控制至少2個激光器的光束發散角。
8.根據權利要求4或5或6所述的基于地面激光靶標的在軌光譜定標裝置，其特征在于，還包括: 處理裝置，用于將所述響應數據與實驗室光譜定標數據比較，得到在軌光譜定標數據。
9.根據權利要求8所述的基于地面激光靶標的在軌光譜定標裝置，其特征在于，實驗室光譜定標數據包括每個光譜通道的中心波長、光斑位置，所述處理裝置，具體用于: 將所述響應數據中光譜通道的光斑位置對應與實驗室光譜定標數據中光譜通道的光斑位置比較，得到譜線偏移量和旋轉量； 根據所述譜線偏移量和旋轉量以及實驗室光譜定標數據中光譜通道的中心波長，得到在軌光譜定標數據中光譜通道的中心波長。
【文檔編號】G01J3/28GK103837234SQ201410079557
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月5日 優先權日:2014年3月5日
【發明者】相里斌, 王建威, 裴琳琳, 戴玉, 張丹丹, 錢路路, 李偉艷 申請人:中國科學院光電研究院