[發(fā)明專利]擺掃型成像光譜儀地面自動尋位全量程輻射定標(biāo)方法及定標(biāo)裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010511184.3
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111595437A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王智宏;孫澎勇;劉杰;王豫喆;楊宇恒
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: G01J1/00
• 分類號: G01J1/00;G01J3/28
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 王立文

1.一種擺掃型成像光譜儀地面自動尋位全量程輻射定標(biāo)方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)定標(biāo)裝置的太陽角及輻射照度測量模塊測量當(dāng)前太陽光垂直方向的輻照度E_S(λ)和天頂角θ_S，λ為波長，其取值在成像光譜儀的有效波長范圍內(nèi)；確定標(biāo)準(zhǔn)反射板漫反射面的反射率t_R，t_R滿足：

式中：t_em為地面反射率最大值；為使定標(biāo)裝置的翻轉(zhuǎn)角度有較大的變化范圍，若定標(biāo)裝置配備的標(biāo)準(zhǔn)反射平面中有多塊滿足式(1)，應(yīng)選擇其中反射率較小的；

(2)根據(jù)成像光譜儀輻射定標(biāo)要求設(shè)置輻射定標(biāo)值個數(shù)n和相對輻射定標(biāo)值R_i，i＝1、2、...、n，R_i取值范圍[0，1]，是成像光譜儀入瞳處的光譜輻射亮度值L_Ri與其最大響應(yīng)輻射亮度L_max的比值，L_max取太陽光垂直照射地面、地面反射率最大值時成像光譜儀接收的輻射亮度；

(3)初始化i＝1，漫反射平面翻轉(zhuǎn)角根據(jù)天頂角方向調(diào)整定標(biāo)裝置的狀態(tài)：反射板的翻轉(zhuǎn)軸與成像光譜儀掃擺轉(zhuǎn)軸平行，成像光譜儀入瞳光軸N_O與反射面法線方向N_R構(gòu)成的平面與太陽入射光線平行；

(4)計算不同相對標(biāo)定值R_i下漫反射平面對應(yīng)的翻轉(zhuǎn)角和其提供的輻亮度L_Ri(λ)：

(5)變角度改變定標(biāo)輻射量光譜采集，在當(dāng)前相對定標(biāo)值R_i狀態(tài)下，定標(biāo)裝置按以下步驟操作：

A、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)翻轉(zhuǎn)電機(4)轉(zhuǎn)動使標(biāo)準(zhǔn)反射板(2)的反射面與地面夾角為

B、光譜儀位置測量模塊測量成像光譜儀位置，判斷成像光譜儀光軸是否位于反射板的中心位置，如果是，則繼續(xù)下一步，否則移動機構(gòu)調(diào)整定標(biāo)裝置與成像光譜儀的相對位置；

C、光譜儀位置測量模塊測量成像光譜儀入瞳中心與反射面的距離h，判斷在成像光譜儀的掃擺方向滿足：

式中：D為成像光譜儀入瞳直徑；b₁為反射面在成像光譜儀掃擺方向的尺寸；α₀為成像光譜儀入瞳光軸N_O與反射面法線方向N_R的夾角，等于成像光譜儀擺掃角α與之差，β₀為成像光譜儀視場角；

同時在垂直掃擺方向滿足：

式中：b₂為反射面在垂直成像光譜儀掃擺方向的尺寸；

判斷式(4)和(5)是否同時滿足，若是，則繼續(xù)下一步，否則升降機構(gòu)調(diào)整反射板高度，直至滿足條件，返回步驟B；

D、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)進(jìn)行水平測量，判斷水平臺面是否水平；若是，繼續(xù)下一步，否則調(diào)節(jié)水平并返回步驟B；

E、成像光譜儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并傳給定標(biāo)裝置的定標(biāo)控制系統(tǒng)，獲得光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)S_i(λ)；

(6)i值加1，判斷i是否大于n，若是，則繼續(xù)，否則返回步驟(5)；

(7)建立成像光譜儀輻射定標(biāo)關(guān)系式，在成像光譜儀波長范圍內(nèi)建立光譜測量值S(λ)與標(biāo)準(zhǔn)輻射量L_R(λ)之間的定量關(guān)系式；

(8)定標(biāo)裝置回歸初始狀態(tài)，定標(biāo)結(jié)束。

2.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的擺掃型成像光譜儀地面自動尋位全量程輻射定標(biāo)方法的定標(biāo)裝置，其特征在于，包括翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、升降機構(gòu)、移動機構(gòu)和定標(biāo)控制系統(tǒng)四部分：

——翻轉(zhuǎn)機構(gòu)由標(biāo)準(zhǔn)反射板(2)通過螺釘固定在反射板安裝框架(1)上，反射板安裝框架(1)的一側(cè)與固定軸座(14)的軸承過盈配合連接，另一側(cè)與翻轉(zhuǎn)電機(8)的軸(5)過盈配合連接，翻轉(zhuǎn)電機(8)通過螺釘固定在電機座(10)上，電機座(10)和固定軸座(14)通過螺釘固定在水平臺面(11)上，太陽角及輻射照度測量模塊(12)固定在水平臺面(11)上表面，光譜儀位置測量模塊的感受器Ⅰ(3)和感受器Ⅱ(3’)分別固定在反射板安裝框架(1)的兩側(cè)的中間位置，零位測量模塊(6)對準(zhǔn)翻轉(zhuǎn)電機軸(5)的零位銷位置固定在水平臺面(11)上，水平測量模塊(15)通過螺釘固定在水平臺面(11)上，水平位置調(diào)節(jié)電機Ⅰ(17)和水平位置調(diào)節(jié)電機Ⅱ(17’)分別軸向下用螺釘固定在水平臺面(11)上表面的一側(cè)，螺紋軸Ⅰ(19)和螺紋軸Ⅱ(19’)一端分別與水平位置調(diào)節(jié)電機Ⅰ(17)和水平位置調(diào)節(jié)電機Ⅱ(17’)的軸過盈配合連接，另一端分別與水平臺面(11)下方的升降機構(gòu)(20)的升降臺面(21)上的兩個螺紋孔配合連接；

電源及信號線(4)、(7)、(13)和(16)均分別與定標(biāo)控制系統(tǒng)電路接口Ⅰ連接，翻轉(zhuǎn)電機(8)的電源信號線(9)與定標(biāo)控制系統(tǒng)電路接口Ⅱ連接，水平位置調(diào)節(jié)電機Ⅰ(17)的電源信號線(18)和水平位置調(diào)節(jié)電機Ⅱ(17’)的電源信號線(18’)均與定標(biāo)控制系統(tǒng)電路接口Ⅲ連接組成；

——升降機構(gòu)(20)為一電動剪叉式升降平臺，升降臺面(21)的一側(cè)設(shè)有螺紋孔A，另一側(cè)設(shè)有螺紋孔B1和B2，一側(cè)通過螺紋孔A與水平臺面(11)用螺釘和彈簧墊片固定連接，另一側(cè)通過螺紋孔B1與螺紋軸Ⅰ(19)配合連接，B2與螺紋軸Ⅱ(19’)配合連接，底部安裝架(22)與移動機構(gòu)的底盤(27)通過螺釘固定，電動升降控制線(23)與定標(biāo)控制系統(tǒng)(32)的電路接口Ⅳ連接組成；

——移動機構(gòu)由轉(zhuǎn)向電機(29)通過螺栓固定在底盤(27)的頭部，轉(zhuǎn)向電機(29)的軸通過聯(lián)軸器(25)與轉(zhuǎn)向輪(24)的軸連接；

驅(qū)動輪車軸Ⅰ(30)和驅(qū)動輪車軸Ⅱ(30’)分別通過軸承固定在底盤(27)尾部的兩側(cè)，驅(qū)動輪Ⅰ(26)通過鍵銷安裝在驅(qū)動輪車軸Ⅰ(30)上，驅(qū)動輪Ⅱ(26’)通過鍵銷安裝在驅(qū)動輪軸Ⅱ(30’)上，驅(qū)動輪(26)的控制線(31)和驅(qū)動輪(26’)的控制線(31’)分別與定標(biāo)控制系統(tǒng)(32)對應(yīng)接口Ⅴ連接，轉(zhuǎn)向電機(29)的控制線(28)與定標(biāo)控制系統(tǒng)(32)對應(yīng)的電路接口Ⅵ連接組成；

——定標(biāo)控制系統(tǒng)(32)通過螺釘固定在翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的水平臺面(11)的下表面，由接口Ⅰ經(jīng)測量模塊處理轉(zhuǎn)換電路與微處理器電路連接，接口Ⅱ經(jīng)翻轉(zhuǎn)電機驅(qū)動電路與微處理器電路連接，接口Ⅲ經(jīng)水平調(diào)節(jié)電機驅(qū)動電路與微處理器電路連接，接口Ⅳ經(jīng)電動升降驅(qū)動電路與微處理器電路連接，接口Ⅴ經(jīng)驅(qū)動輪驅(qū)動電路與微處理器電路連接，接口Ⅵ經(jīng)轉(zhuǎn)向電機驅(qū)動電路與微處理器電路連接，接口Ⅶ經(jīng)電源電路分別連接轉(zhuǎn)向電機驅(qū)動電路、微處理器電路、電動升降驅(qū)動電路、水平調(diào)節(jié)電機驅(qū)動電路、翻轉(zhuǎn)電機驅(qū)動電路、測量模塊處理轉(zhuǎn)換電路、無線通訊電路和驅(qū)動輪驅(qū)動電路。