本發(fā)明涉及衛(wèi)星載荷輻射定標(biāo)及地表產(chǎn)品校驗(yàn)，具體涉及一種模擬衛(wèi)星觀測角度的地表反射率測量裝置。

背景技術(shù)：

1、衛(wèi)星遙感是大區(qū)域地物特征監(jiān)測的重要手段，但遙感器在軌性能會(huì)因空間環(huán)境和自身參數(shù)退化而衰變，為保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性需進(jìn)行輻射校正，場地替代定標(biāo)法是常用的輻射校正方法，它通過選擇大面積地表均勻穩(wěn)定的場地，在衛(wèi)星過境時(shí)進(jìn)行地面和衛(wèi)星同步觀測，利用輻射傳輸模型計(jì)算得到衛(wèi)星觀測的表觀反射率，與星上實(shí)際觀測值進(jìn)行比對即可實(shí)現(xiàn)輻射校正。

2、地表反射率是輻射校正時(shí)需要觀測的關(guān)鍵參數(shù)。利用地面穩(wěn)定場進(jìn)行在軌衛(wèi)星載荷的輻射校驗(yàn)時(shí)，由于地物的非朗伯性，衛(wèi)星觀測方向的地表方向特性在不同角度上存在差異，因此需要獲取衛(wèi)星觀測方向一致的地表方向反射率。在實(shí)際操作中，以衛(wèi)星觀測角度測量地表反射率并不容易，需要根據(jù)衛(wèi)星軌道計(jì)算衛(wèi)星過境時(shí)間和觀測角度，及時(shí)調(diào)整地物光譜儀的觀測角度開展同步測量。調(diào)整地物光譜儀的觀測角度可使用指南針加角度測量設(shè)備(如量角器)分別確定觀測的方位角和天頂角，但人工調(diào)角度的誤差大。且衛(wèi)星每次過境都需要重新計(jì)算衛(wèi)星角度并調(diào)整光譜儀的角度，效率低。

3、因此，目前常用的地表方向反射率測量方法為：在衛(wèi)星過境時(shí)刻使用地物光譜儀垂直測量地表和參考板的輻射值，然后利用比值法計(jì)算得到地表垂直反射率。為了獲取與衛(wèi)星觀測方向角度一致的地表方向反射率，需要利用雙向反射分布函數(shù)brdf(bi?d?irecti?ona?l?ref?l?ectanced?i?str?i?but?ionfunct?ion)模型來校正到衛(wèi)星載荷的觀測方向。其中，brdf模型是通過晴朗天氣內(nèi)一天或幾天內(nèi)的不同時(shí)間段，對地表開展不同天頂角度和不同方位角度的測量篩選后，結(jié)合地物類型的物理特征，擬合得到的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，用于描述地表非朗伯性的定量關(guān)系。在利用brdf模型進(jìn)行地表方向反射率的計(jì)算時(shí)，需要將衛(wèi)星過境時(shí)刻的太陽天頂角、太陽方位角、衛(wèi)星觀測方向的天頂角和方位角輸入模型算出校正因子，然后再乘以實(shí)時(shí)測量的地表垂直反射率，即可得到衛(wèi)星過境時(shí)刻觀測方向的地表方向反射率。

4、采用垂直測量地表反射率并利用brdf模型校正到衛(wèi)星觀測方向這一方法，由于brdf模型測量過程繁雜，需要覆蓋較多的太陽角度和觀測角度才能保證模型擬合的準(zhǔn)確性，因此難以在衛(wèi)星過境時(shí)同步測量，通常采用一年或幾年測量一次的方式。但是由于地表特性會(huì)隨時(shí)間變化，在不同季節(jié)不同年份應(yīng)用同一個(gè)brdf模型會(huì)產(chǎn)生不同程度的誤差。且brdf測量的角度覆蓋性有限，以敦煌場測量brdf試驗(yàn)為例，試驗(yàn)通常從10點(diǎn)開始到16點(diǎn)，太陽天頂角在20°～50°之間，觀測天頂角以15°為間隔，范圍-75°～75°，觀測方位角以30°為間隔，范圍0°～360°。由此得到的brdf模型校正垂直觀測的地表反射率會(huì)在大太陽天頂角和大觀測角時(shí)誤差較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提出一種模擬衛(wèi)星觀測角度的地表反射率測量裝置，采用gps定位模塊及衛(wèi)星軌道計(jì)算模塊，實(shí)時(shí)獲取衛(wèi)星的過境時(shí)間和觀測角度，并控制觀測鏡頭完成對參考板和地表方向輻射的測量，得到與衛(wèi)星觀測角度一致的地表方向反射率，從而減小brdf模型測量和校正帶來的誤差影響，提高地表方向反射率測量的準(zhǔn)確性和效率。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種模擬衛(wèi)星觀測角度的地表反射率測量裝置，包括：

4、支架，所述支架的頂端安裝有一維舵機(jī)云臺(tái)，所述一維舵機(jī)云臺(tái)的水平轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝有呈水平狀態(tài)的橫桿，所述橫桿的一端安裝有二維舵機(jī)云臺(tái)，所述二維舵機(jī)云臺(tái)的二維轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝有測量鏡頭；

5、地物光譜儀，所述地物光譜儀的主機(jī)與測量鏡頭電連接；

6、以及電路控制盒，所述電路控制盒安裝在橫桿上，所述電路控制盒內(nèi)設(shè)有主控制模塊、gps定位模塊、電子羅盤以及衛(wèi)星軌道計(jì)算模塊，所述主控制模塊分別與gps定位模塊、電子羅盤、衛(wèi)星軌道計(jì)算模塊、一維舵機(jī)云臺(tái)的控制器以及二維舵機(jī)云臺(tái)的控制器電性連接，所述gps定位模塊用于獲取觀測標(biāo)地的地理位置信息和時(shí)間參數(shù)，所述電子羅盤用于獲取觀測方向的方位角信息，所述衛(wèi)星軌道計(jì)算模塊用于調(diào)取skyfield庫中的數(shù)據(jù)并計(jì)算得出衛(wèi)星過境的時(shí)間和觀測角度，所述主控制模塊基于gps定位模塊和電子羅盤獲取的數(shù)據(jù)，控制一維舵機(jī)云臺(tái)旋轉(zhuǎn)，使衛(wèi)星過境時(shí)，測量鏡頭從初始位置旋轉(zhuǎn)至朝向固定位置的參考板以及旋轉(zhuǎn)至朝向無陰影的地表位置，所述主控制模塊基于衛(wèi)星軌道計(jì)算模塊獲取的數(shù)據(jù)，控制二維舵機(jī)云臺(tái)帶動(dòng)測量鏡頭旋轉(zhuǎn)。

7、為更好的實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)方案，可選地，所述橫桿上安裝有配重體，所述配重體和二維舵機(jī)云臺(tái)分別設(shè)于橫桿的兩端。

8、可選地，所述支架為高度可調(diào)節(jié)的三腳架。

9、可選地，包括l型轉(zhuǎn)接板和鏡頭安裝套，所述鏡頭安裝套套設(shè)在測量鏡頭端的光釬部，所述鏡頭安裝套包括依次相連的鎖套部、外螺紋連接部以及螺旋保護(hù)套部，所述l型轉(zhuǎn)接板的一板體固設(shè)在二維舵機(jī)云臺(tái)的二維轉(zhuǎn)臺(tái)上，所述外螺紋連接部固定螺穿l型轉(zhuǎn)接板的另一板體。

10、可選地，所述鎖套部的徑向上螺設(shè)有頂絲，所述頂絲的內(nèi)端抵壓在測量鏡頭端光釬部的側(cè)壁，使測量鏡頭端的光釬部固定貼合在鎖套部的內(nèi)壁。

11、一種模擬衛(wèi)星觀測角度的地表反射率測量方法，利用上述一項(xiàng)所述的地表反射率測量裝置，并包括如下步驟：

12、s10、gps定位模塊自動(dòng)獲取觀測標(biāo)地的地理位置信息和時(shí)間參數(shù)，所述觀測標(biāo)地的地理位置信息包括觀測標(biāo)地的經(jīng)緯度參數(shù)；

13、s20、衛(wèi)星軌道計(jì)算模塊調(diào)取skyfield庫中的數(shù)據(jù)并計(jì)算得出衛(wèi)星過境的時(shí)間和觀測角度；

14、s30、衛(wèi)星過境時(shí)，主控制模塊控制一維舵機(jī)云臺(tái)使水平轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)橫桿水平轉(zhuǎn)動(dòng)到固定位置的參考板處，測量鏡頭垂直測量參考板光譜，電子羅盤獲取觀測方向的方位角信息；

15、s40、所述衛(wèi)星軌道計(jì)算模塊基于s30中的數(shù)據(jù)計(jì)算獲得太陽方位角，主控制模塊基于太陽方位角的數(shù)據(jù)，控制一維舵機(jī)云臺(tái)旋轉(zhuǎn)，使測量鏡頭旋轉(zhuǎn)至朝向無陰影的地表位置；

16、s50、所述主控制模塊依據(jù)過境的觀測角度，控制二維舵機(jī)云臺(tái)的二維云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)測量鏡頭轉(zhuǎn)動(dòng)至與衛(wèi)星觀測天頂角和方位角一致的方向，待測量鏡頭穩(wěn)定后，測量鏡頭測量地表光譜；

17、s60、將地物光譜儀測量的地表光譜數(shù)據(jù)除以參考板的光譜數(shù)據(jù)即可得到地表方向反射率。

18、本發(fā)明的有益效果：

19、本發(fā)明的一種模擬衛(wèi)星觀測角度的地表反射率測量裝置以及測量方法，采用gps定位模塊和衛(wèi)星軌道計(jì)算模塊，實(shí)時(shí)獲取衛(wèi)星的過境時(shí)間和觀測角度，并自動(dòng)控制一維舵機(jī)云臺(tái)和二維舵機(jī)云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)觀測鏡頭同步轉(zhuǎn)動(dòng)完成參考板和地表方向輻射的測量，由此直接得到與衛(wèi)星觀測角度一致的地表方向反射率，減少了人工操作的干涉，提高了測量的效率和角度定位的準(zhǔn)確性，且消除了地表垂直測量結(jié)合brdf方向校正造成的校正偏差，大大提高地表方向反射率測量的準(zhǔn)確性和效率，為衛(wèi)星的過境輻射校正提供高效準(zhǔn)確的技術(shù)和數(shù)據(jù)支撐。