天基紅外測量相機輻射定標(biāo)及誤差估計方法研究.pdf

1、本課題基于對大氣背景特性紅外遙感實測數(shù)據(jù)地面應(yīng)用處理的需求，對衛(wèi)星下傳的星上定標(biāo)試驗數(shù)據(jù)開展了系統(tǒng)的研究工作。針對天基紅外測量相機特殊的應(yīng)用目的，提出了全像元輻射定標(biāo)方案及相應(yīng)的試驗數(shù)據(jù)處理方法，建立了定標(biāo)系數(shù)與測量相機工況間的線性模型、測量相機灰度響應(yīng)隨在軌工作時間衰減的雙指數(shù)函數(shù)模型、基于定標(biāo)試驗數(shù)據(jù)的輻射定標(biāo)誤差估計模型，為地面應(yīng)用處理系統(tǒng)的實際運用提供了理論與技術(shù)支持。論文的研究工作從以下五個方面開展：
　　在全像元輻射定

2、標(biāo)方法研究方面，給出了全像元定標(biāo)試驗的原理、系統(tǒng)組成及試驗方案，并利用該定標(biāo)試驗方案，對測量相機進行了實驗室定標(biāo)和星上定標(biāo)試驗，獲得了實驗室定標(biāo)各譜段不同工況（增益和積分時間）下近8GB的定標(biāo)試驗數(shù)據(jù)，以及測量相機在軌工作半年以來近百次的星上定標(biāo)試驗數(shù)據(jù)。提出了定標(biāo)試驗數(shù)據(jù)的預(yù)處理方法、無效像元的檢測原則，建立了全像元定標(biāo)模型，并對上述海量的定標(biāo)試驗數(shù)據(jù)進行了定標(biāo)處理。
　　在全像元輻射定標(biāo)結(jié)果分析方面，利用全像元定標(biāo)處理結(jié)果，對

3、測量相機拍攝得到的灰度圖像進行了反演和像質(zhì)評價；通過比較分析同一譜段不同工況的實驗室定標(biāo)系數(shù)，建立了定標(biāo)系數(shù)（斜率和截距）與測量相機工況（增益與積分時間之積）間的線性模型；通過比較分析星上定標(biāo)系數(shù)，發(fā)現(xiàn)空間環(huán)境對測量相機的性能有較大影響，引起的定標(biāo)異常數(shù)據(jù)增多和測量相機灰度響應(yīng)衰減問題不容忽視。
　　在空間環(huán)境對測量相機性能的影響分析方面，針對因空間環(huán)境引起的定標(biāo)異常數(shù)據(jù)增多的現(xiàn)象，基于定標(biāo)試驗數(shù)據(jù)的幀信息（像面灰度均值序列）和像

4、元信息（有效像元比例），給出了星上定標(biāo)數(shù)據(jù)自動化處理方案；針對測量相機在空間環(huán)境下灰度響應(yīng)衰減的問題，基于空間污染損傷原理，將測量相機在軌工作時間轉(zhuǎn)化為光學(xué)損傷因子，建立了測量相機灰度響應(yīng)衰減的雙指數(shù)函數(shù)模型，并利用星上定標(biāo)數(shù)據(jù)對模型參數(shù)進行了校正。
　　在輻射定標(biāo)誤差估計建模與處理分析方面，基于實驗室定標(biāo)和星上定標(biāo)的試驗數(shù)據(jù)，分別建立了相應(yīng)的輻射定標(biāo)誤差估計模型。利用建立的數(shù)學(xué)模型，對實驗室定標(biāo)和星上定標(biāo)的輻射定標(biāo)誤差進行了計算

5、、統(tǒng)計和分析，并對該天基紅外測量相機的性能進行了評估。
　　在全像元輻射定標(biāo)處理分析軟件的設(shè)計與實現(xiàn)方面，根據(jù)衛(wèi)星地面應(yīng)用處理系統(tǒng)的需求，在MATLAB編譯環(huán)境下，采用模塊化思想，設(shè)計開發(fā)基于GUI的全像元輻射定標(biāo)處理分析軟件。該軟件包括定標(biāo)試驗數(shù)據(jù)處理、定標(biāo)信息瀏覽比較和定標(biāo)誤差分析及應(yīng)用三大主要功能模塊，實現(xiàn)了上述理論方法與數(shù)學(xué)模型研究成果的軟件工程化，并已納入地面應(yīng)用評估系統(tǒng)的處理流程中。
　　通過本文的分析和研究，旨