[發明專利]一種平坦月表下陸基成像光譜儀入瞳輻亮度數據的模擬方法

有效

• 申請號: 201310519925.2
• 申請日: 2013-10-29
• 公開（公告）號: CN103528682A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 趙慧潔;陶東興;賈國瑞
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01J3/02
• 分類號: G01J3/02;G01J3/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明涉及一種平坦月表下陸基成像光譜儀入瞳輻亮度數據的模擬方法，可用于在陸基成像光譜儀成像前，針對某一光照幾何，設計最優的觀測幾何；成像后數據預處理過程中，剔除成像數據立方體中陸基平臺的影響，是深空探測領域的一項支撐技術。

(二)背景技術

月球含有豐富的礦產資源，有些礦產資源的儲量甚至遠遠高于地球的儲量，這給人類社會對資源日益增加的需求提供了一個解決方案，對月球的在軌和陸基遙感探測可以評估月球礦產資源的分布和儲量，成為國際深空探測的一個熱點。

月表環境下陸基成像光譜儀成像過程中，陸基平臺產生的陰影和反射輻射會對成像數據造成影響，在某一光照幾何下，針對不同的觀測幾何陸基平臺對成像數據的影響程度會有不同，需要選擇一個最優的觀測幾何，以獲得高質量的成像數據。深空數據的獲取和傳輸都不容易，為使陸基成像光譜儀獲得的數據都能物盡其用，需要對數據進行預處理，盡量剔除陸基平臺的影響。而在月表環境，不能實地定量測量陸基平臺的影響，利用計算機仿真的方法生成所需光照和觀測幾何下的模擬入瞳輻亮度數據和平臺影響數據，評估陸基平臺的影響程度，為設計陸基成像光譜儀的最優觀測方式和數據預處理過程中剔除陸基平臺影響提供一種解決途徑。

目前針對成像光譜儀入瞳輻亮度的仿真建模都是模擬機載或星載平臺遙感器對地球觀測，通過建立離散的地面場景并模擬大氣輻射傳輸過程，得到成像光譜儀高度處的離散光譜輻亮度分布，不適用于月表環境下陸基成像光譜儀的成像仿真。

(三)發明內容

本發明的目的是提出一種平坦月表下陸基成像光譜儀入瞳輻亮度數據的模擬方法，模擬過程考慮陸基平臺的陰影和反射輻射對成像數據的影響，使其符合月表陸基成像光譜儀成像的真實物理過程，提高了模擬數據的真實性。

本發明的技術解決方案是：根據陸基平臺三維尺寸、成像光譜儀的三維位置、光照幾何和觀測幾何，通過輻射傳輸模擬，計算視場接收到的太陽直射輻射、陸基平臺鏡面反射輻射和陸基平臺漫反射輻射，假設月表為朗伯體，最終計算得到陸基成像光譜儀的入瞳輻亮度數據立方體。

本發明一種平坦月表下陸基成像光譜儀入瞳輻亮度數據的模擬方法，其步驟如下：

(1)設定光照幾何參數、觀測幾何參數、陸基平臺參數、陸基成像光譜儀參數和月表反射率數據立方體，其中，光照幾何參數包括：太陽高度角和太陽方位角；觀測幾何參數包括：觀測天頂角和觀測方位角；陸基平臺參數包括：陸基平臺的三維外形結構、各表面的尺寸和陸基平臺表面的反射率模型；陸基成像光譜儀參數包括：陸基成像光譜儀的三維外形結構及尺寸、陸基成像光譜儀與陸基平臺的三維位置關系、視場角和每次成像的空間維行列像元數(m，n)；月表反射率數據立方體的空間維行列數為m×n；

(2)建立陸基平臺坐標系，并將步驟(1)中光照幾何參數變換到陸基平臺坐標系，以后計算均在陸基平臺坐標系中；

(3)根據步驟(1)中設定的陸基成像光譜儀參數、觀測幾何參數，計算陸基成像光譜儀在月表視場中每個像元的中心坐標；

(4)根據步驟(1)中設定的陸基平臺參數、光照幾何參數、觀測幾何參數和步驟(3)中計算的月表視場中每個像元的中心坐標，計算視場中每個像元接收到的太陽直射輻射的輻照度；

(5)根據步驟(1)中設定的陸基平臺參數、光照幾何參數、觀測幾何參數和步驟(3)中計算的月表視場中每個像元的中心坐標，計算視場中每個像元接收到的陸基平臺鏡面反射輻射的輻照度；

(6)根據步驟(1)中設定的陸基平臺參數、光照幾何參數、觀測幾何參數和步驟(3)中計算的月表視場中每個像元的中心坐標，計算視場中每個像元接收到的陸基平臺漫反射輻射的輻照度；

(7)生成陸基成像光譜儀的模擬入瞳輻亮度立方體。

其中，步驟(2)中所述的陸基平臺坐標系是指以陸基平臺底面中心在月表的豎直投影為原點，將原點處的東北天坐標系繞天軸旋轉角，得到陸基平臺坐標系，東北天坐標系的東、北、天軸對應于陸基平臺坐標系的x、y、z軸，其中，逆著旋轉軸看逆時針旋轉為正，為觀測方位角。

其中，步驟(4)中所述的“計算視場中每個像元接收到的太陽直射輻射的輻照度”，其具體操作為：根據光照幾何參數、觀測幾何參數、陸基平臺參數和視場像元的中心坐標，計算月表視場中被陸基平臺陰影覆蓋的范圍，生成視場陰影矩陣S，視場中行列號為(i，j)的像元接收到的太陽直射輻射的輻照度E₀表示為：

E₀(i，j)＝E_sunS(i，j)cosθ