为了满足星上载荷高频次的在轨定标需求,常使用场地自动化定标技术将多光谱反射率反演为高光谱反射率,所以提升光谱的反演精度对提高自动化定标精度尤为重要。使用布设在敦煌辐射校正场的通道式自动化观测仪器计算从2018年9月至2019年9月的反射率;根据测量过程中太阳天顶角的不同将数据分为6组,并使用双向反射分布函数模型对不同太阳天顶角下的光谱形状进行一致性分析。实验结果表明,双向反射分布函数模型校正不同入射角度是有效的。

敦煌场地光谱发射率和温度是基于敦煌辐射定标场开展卫星遥感器热红 外波段在轨辐射定标的重要参数。利用便携式傅里叶变换红外光谱仪(D&P 102F)和红外标准板在2018年8月 对敦煌辐射校正场地表发射率光谱进行了不同时间和观测条件下的多次测量。基于光谱多次迭代平滑温度与 发射率分离算法(ISSTES), 通过设置不同精度的温差间隔,对测得的野外光谱数据进行多次迭代平滑分析处理, 实现了敦煌场地光谱发射率与温度的分离。与采用多通道法温度与发射率分离算法获得的CE312通道发射率进行 比较,结果表明各个通道发射率的误差均在0.011以内,验证了试验获得的敦煌场地光谱发射率和温度具有较好的 精度。本试验为基于敦煌定标场开展卫星遥感器热红外通道在轨辐射定标提供参考。

近年来月球辐照度的地基观测实验不断增加,为了满足地基对月球辐射高精度、高频次的观测,需要设计高精度的月球自动跟踪系统进行跟踪实验。所设计跟踪系统通过月球位置算法获得月球的天顶角和方位角进行视月跟踪,然后采用以四象限探测器为核心器件的光电跟踪来精确跟踪月球。经外场跟踪实验验证,视月跟踪和光电跟踪相结合具有高精度的跟踪效果,跟踪精度在±0.2°以内,表明跟踪系统具有较高的准确性和可靠性。

针对自研的太阳光谱辐照度计入射光学系统的结构特征,分析了引入余弦误差的因素,研究了直、漫射辐照度以及漫射-总辐射比的余弦校正方法,开展了实验室余弦响应特性测量和多种仪器的敦煌外场比对试验.结果显示,余弦误差与积分球入口黑色阳极化内壁及结构有关,在入射角为60°时,440 nm、500 nm、670 nm和870 nm波段太阳光谱辐照度计的余弦误差为4.3%~9.1%;由太阳光谱辐照度计获取的直射辐照度反演得到的大气光学厚度受到余弦误差的严重影响,余弦校正前后与CE318太阳光度计反演结果相比,偏差分别为0.11~0.13和小于0.012;基于天空辐亮度各向同性分布假设, 余弦校正后四个波段漫射辐照度数值提升6.8%~10%.基于天空辐亮度分布数据,提出了一种漫射辐照度的精确校正方法,仿真结果显示,余弦校正后的漫射辐照度与理论数据一致,初步验证了该方法的可行性.

风云四号A星在轨替代定标试验于2017年4月下旬在敦煌辐射校正场正式开展, 为满足地表反射率在遥感器视角方向上的校正需求, 利用便携式定点测量装置对敦煌戈壁地表进行了方向特性测量.定性分析了敦煌场地春季的方向特性, 并基于RossThick-LiSparseR核驱动模型反演了相应的双向反射分布函数模型参数, 构建了场地方向特性定量描述模型.对模型的计算值与实测数据进行线性回归分析, 得到2017年4月26日、27日和28日的修正决定系数分别在0.75、0.83和0.85左右, 验证了该模型对实测数据具有良好的拟合优度.利用模型计算太阳方位面上的各向异性因子并与中分辨率成像光谱仪双向反射分布函数模型参数产品的历史数据进行对比发现, 当观测天顶角小于40°时, 二者相对偏差在波段2和波段4均小于1.56%, 波段5小于3.12%.这说明构建的模型能较好地描述敦煌场地方向特性, 验证了试验数据的可靠性.

激光光斑质心定位是星载激光高度计指向角地面定标的关键。基于激光光斑的远场分布 特点介绍了地面光斑质心的定义;从定位精度、抗干扰能力、运算量等方面分析了高斯曲面拟合算法、 强度质心定位算法、平方加权质心定位算法的适应性及优缺点;对地面光斑进行了建模和质心计算, 并分析对比了各质心定位算法的应用特点。结果表明此三种算法对光斑的定位结果一致,且平方加权质 心定位算法最适于场地定标数据处理。

星载激光测高地面定标系统具有布设场地大、探测器数目多、环境恶劣的特点,为了实现地面定标系统激光信号光斑质心计算和精确计 时的高效性,设计了地面定标系统软件,并详细介绍了软件各个模块的实现算法。该软件通过在计算机系统外部扩展外设,主要实现了数据 处理和计时功能,软件包含时间戳数据处理模块、激光光斑地面质心计算模块、大气折射延迟校正模块、计时模块。使用该软件对资源 三号02星场地外场实验进行数据处理,实验结果表明,该方案切实可行。

星载激光高度计广泛地用于多种地形地貌的科研分析,例如冰层和植被覆盖变化。针对星载激光高度计数据的定量化应用,研究了激光 高度计的定标方法,并设计了激光高度计地面定标模拟系统加以验证。该系统包含探测器阵列和高精度脉冲计时系统两部分,用于定标星载 激光高度计的对地指向角和时间戳。对定标系统的性能进行实验测试和软件仿真,结果显示:探测器能够探测平均能量3 nJ/cm2的光斑,探测范围 为1～16 nJ/cm2,计时系统计时精度为1.25 ns。

为解决偏远地区野外光谱设备通讯盲区问题,设计了一种基于北斗卫星通信的远程数据传输系统。通过仪器通信电路板、北斗终端和室内数据中 心软件的配合,实现设备远程通信功能。在该系统的配合下观测设备无人值守工作,避免人工频繁跑场,去除人为测量误差。针对北斗通信丢包,设计 了数据重传功能,解决数据丢失问题。目前,该设计已应用于自动化场地观测辐射计,并在敦煌辐射校正场实地工作,满足数据通信要求。同时, 该系统也可应用于其他需要远程无线通信的仪器设备。

利用Actel公司的FPGA设计Endat数据通信接口,实现与绝对值型编码器ECN1313的数据通信。该设计方案以Actel公 司的A3P060为硬件设计平台,在LiberoIDE v9.0开发环境中,使用Verilog语言对通信时序进行硬件描述,并采用 第三方软件ModelSim6.0进行功能仿真。结果表明, FPGA能够实时获取绝对值编码器的位置值,同时定位精度能 够满足多角度偏振辐射计采样角度定位的高精度要求,为仪器探测大气偏振光谱信息提供了保障。