專利名稱：遙感定標綜合方法及定標設備車的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及飛行器遙感成像領域，涉及一種遙感定標綜合方法，尤其涉及一種飛行器，特別是用于航空和無人飛行器的遙感定標綜合方法及一種用于遙感定標的定標設備車。
背景技術：
隨著遙感技術在各領域應用的逐步深入，遙感數(shù)據的定量化已成為遙感技術進一步發(fā)展的必然趨勢。遙感傳感器(如空間相機)在幾何定標保障下，輻射、光譜定標技術成為其定量化應用的深化。福射定標是建立空間相機入瞳處福射量與探測器輸出DN(Digital Number)值的關系的過程，光譜定標是標定傳感器帶寬和中心波長的過程。國內外以衛(wèi)星為平臺搭載的傳感器定標，從20世紀70年代興起，已經蓬勃開展，如美國利用位于新墨西哥州的白沙定標場成功地對Landsat TM衛(wèi)星傳感器進行了在軌輻射定標，法國在馬賽附近的La Crau 建立了試驗場對SP0THRV傳感器進行了在軌輻射定標，我國也先后建立了敦煌輻射定標場和青海湖輻射定標場，對FY系列衛(wèi)星和HJ系列衛(wèi)星進行了定標。近年來，航空及無人飛行器遙感系統(tǒng)由于具有機動靈活、快速響應、低成本、危險區(qū)作業(yè)等優(yōu)勢，已經成為主要的遙感平臺之一。這里最典型的是無人機，它既是航空遙感的新技術平臺，其控制、通信技術又與航天平臺相一致。如何對無人搭載的傳感器進行定標， 也成為世界各國研究的熱點課題。例如，在無人機遙感定標實驗中，無人機攜帶成像系統(tǒng)， 按照程序設定的航線對地面進行拍攝，并由指揮中心對成像系統(tǒng)狀態(tài)進行實時調整。地面事先布設具有特定光學性能的靶標，等待無人機過境拍攝。地面數(shù)據采集人員在無人機過境拍攝期間，同步對靶標的光譜、經緯度坐標、大氣參數(shù)、環(huán)境參數(shù)進行測量。最后，通過地面同步測量的真值，與無人機獲取的影像進行對比分析，從而對成像系統(tǒng)的性能進行評價和定標。目前尚存在三大問題I、無人飛行器的飛行狀態(tài)、模式有別于常規(guī)的有人駕駛飛機和定軌衛(wèi)星，對通信指揮、人員調度、靶標布設、地面同步測量均有極高的要求。目前，實驗過程中地面同步測量和空中遙感數(shù)據獲取可以做到準同步，但二者是獨立進行，測量結果只是用于后處理，不能在現(xiàn)場做出反應，以此確定結束任務，或繼續(xù)補飛，也以此決定地面實驗人員開展或結束同步測量。目前國內外相關領域，尚無定標效果反饋環(huán)節(jié)，無法進行天-地定標數(shù)據實時聯(lián)合處理。2、由于定標實驗的上述環(huán)節(jié)需要各種專業(yè)測量設備獲取地面同步數(shù)據，目前業(yè)內通常采用人工攜帶的方式，儀器分散、容易遺漏和損壞，轉場非常困難，無法適應航空及無人飛行器快速作業(yè)的特點。3、無人飛行器定標專用的靶標通常采用固定鋪設的方式，事前需要大量人工布設，事后需要大量人工回收，靈活機動性差。靶標通常采用帆布或PU材料制成，經過多次鋪設靶標表面易受污染、材料老化，從而導致檢測性能的退化。因此常規(guī)靶標的退化特性需要校正、標定及改進。綜上分析，在國內外遙感定標方面，無人機為代表的無人飛行器遙感定標由于實驗環(huán)節(jié)復雜、實驗人員眾多，難以實現(xiàn)快速反應，嚴重制約了航空及無人飛行器“機動靈活、 快速響應、低成本”的優(yōu)勢。本發(fā)明旨在確保無人飛行器飛行安全的前提下，通過改造車體， 形成移動輻射/光譜靶標，集成通信保障、定標設備保障、輻射和光譜特性檢測保障等各項功能，達到快速檢測、實時診斷、信息反饋、機動定標的能力，以確保無人飛行器飛行定標任務完成、天-地定標數(shù)據實時聯(lián)合處理，靶標退化特性檢測與補償，以及未來應急定標、遠場轉移定標的順利完成。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種遙感定標綜合方法，克服現(xiàn)有靶標無法移動、輻射特性退化快的不足，實現(xiàn)天-地定標數(shù)據實時聯(lián)合處理，通過集成各種定標實驗必須的實時地物測量系統(tǒng)，為遙感定標提供飛行同步的地表真值。本發(fā)明的目的還在于，提供一個定標設備車，攜帶硬性靶標，克服現(xiàn)有固定式靶標輻射特性退化快的不足。本發(fā)明的遙感定標綜合方法，包括以下一個或多個部分實現(xiàn)I)基于車體靶標的應急與遠場轉移定標；2)基于光譜、輻射車體靶標的無線通訊指揮的現(xiàn)場光譜、輻射定標；3)基于車體靶標一定時間間隔的常規(guī)軟性靶標退化檢測標定；4)基于無線傳輸?shù)膸缀?、時相數(shù)據與車體光譜、輻射數(shù)據組合的四種分辨率聯(lián)合定標。所述基于車體靶標的應急與遠場轉移定標，是改變常規(guī)靶標固定于地面的形式， 通過改造車體形成移動靶標，在野外實驗中實現(xiàn)快速移動式定標，其步驟包括I)飛行器將空間相機飛行中拍攝的遙感影像及飛行狀態(tài)信息通過通信鏈路，分別傳至地面定標設備車和指揮中心；2)指揮中心根據上述飛行器發(fā)送的信息確定定標設備車應達到的預定時間和位置，和定標設備采集地面數(shù)據的方式，發(fā)送到定標設備車的信息接收裝置；3)定標設備車在預定時間進入預定位置，張開靶標，調整靶標與航線的夾角，并將攜帶的定標設備安置在靶標附近區(qū)域；4)在飛行器過境時拍攝靶標，形成靶標影像，并在前后的特定時間內通過定標設備收集相應地面數(shù)據，發(fā)送至定標設備車的計算機處理器；5)上述計算機處理器根據飛行器拍攝的靶標影像，結合地面數(shù)據，進行遙感成像系統(tǒng)定標和檢測；6)定標設備車根據上述定標和檢測結果確定結束或繼續(xù)定標和檢測，并通過通信鏈路發(fā)送到指揮中心。所述基于光譜、輻射車體靶標的無線通訊指揮的現(xiàn)場光譜、輻射定標，與基于車體靶標的應急與遠場轉移定標相同的步驟，是將地面軟體靶標與車體靶標一體，通過無線通信和統(tǒng)一調配，實現(xiàn)光譜和輻射軟硬體靶標的聯(lián)合定標。
如定標設備車根據上述定標和檢測結果確定繼續(xù)定標和檢測，所述指揮中心指令飛行器的下一飛行狀態(tài)，確定定標設備車應達到的下一預定時間和位置，和定標設備采集地面數(shù)據的方式，發(fā)送到定標設備車。所述車體靶標，涂覆于定標設備車車頂，或涂覆于車頂和車體一側或兩側可展開的靶標板，形成硬性靶標，提供定標實驗中最重要的地表真值。與定標設備系統(tǒng)配合使用， 利用定標設備準確測量靶標真值，實現(xiàn)兼具數(shù)據源產生和數(shù)據源測量功能的一體化定標。所述定標設備包括氣象觀測儀器、太陽光度計、GPS接收機、光譜儀和多角度測量裝置，以及冠層分析儀、微波散射計與輔助設備、手持植物冠層紅外測溫儀、電子精密天平、 土壤水分測定儀、指南針和輔助裝置，所述輔助裝置包括錘子、鐵锨和鐵釘，實現(xiàn)野外遙感定標實驗的飛行同步地表真值采集。所述基于車體靶標一定時間間隔的常規(guī)軟性靶標退化檢測標定，是將幾何形變、 光譜和輻射特性退化非常小的車體靶標作為幾何變形較大、光譜和輻射特性退化較快的常規(guī)軟性靶標的檢測基準，通過不同時相對比分析遙感影像上硬性靶標與軟性靶標的輻射強度與光譜變化差異，建立常規(guī)軟性靶標效能退化與補償模型，實現(xiàn)常規(guī)軟性靶標的退化檢測標定，其步驟包括I)定標設備車在預定時間進入預定位置，張開車體靶標，調整靶標與航線的夾角， 按相同的角度在車體靶標周圍布設常規(guī)軟性靶標，并將攜帶的定標設備安置在靶標附近區(qū)域；2)在飛行器過境時拍攝靶標，形成兩類靶標的影像，并在前后的特定時間內通過定標設備收集相應地面數(shù)據，發(fā)送至定標設備車的計算機處理器；3)上述計算機處理器根據飛行器拍攝的兩類靶標影像，結合地面數(shù)據，進行兩類靶標特性的檢測，以硬性靶標的數(shù)據作為真值，建立常規(guī)軟性靶標的退化模型；4)定期重復上述I) 3)的步驟，獲取不同時相的兩類靶標的遙感影像與地面數(shù)據，分析遙感影像上硬性靶標與軟性靶標的輻射強度與光譜變化差異，建立常規(guī)軟性靶標效能退化與補償模型，實現(xiàn)常規(guī)軟性靶標的退化檢測與標定。所述基于無線傳輸?shù)膸缀?、時相數(shù)據與車體光譜、輻射數(shù)據組合的四種分辨率聯(lián)合定標，是組合使用幾何分辨率板、輻射靶標、光譜靶標作為車體靶標，并且該靶標組合在不同時相的遙感影像上多次成像的情況下，通過分析不同時相的多張遙感影像，檢測影像中光譜、輻射、幾何、時相的耦合效應，實現(xiàn)一次實驗中光譜、輻射、幾何、時相四種分辨率聯(lián)合定標，其步驟包括I)定標設備車在預定時間進入預定位置，張開車體靶標，調整靶標與航線的夾角， 按相同的角度在車體靶標周圍布設多類靶標，形成幾何分辨率板、輻射靶標、光譜靶標三類的組合，并將攜帶的定標設備安置在靶標附近區(qū)域；2)在飛行器過境時拍攝靶標，形成靶標影像，并在前后的特定時間內通過定標設備收集相應地面數(shù)據，發(fā)送至定標設備車的計算機處理器；3)上述計算機處理器根據飛行器拍攝的靶標影像，結合地面數(shù)據，進行遙感成像系統(tǒng)的光譜、輻射、幾何三種分辨率的聯(lián)合定標和檢測；4)重復上述I) 3)的步驟，獲取不同時相的靶標的遙感影像與地面數(shù)據，分析不同時相的多張遙感影像，檢測影像中光譜、輻射、幾何、時相的耦合效應，實現(xiàn)一次實驗中光譜、輻射、幾何、時相四種分辨率聯(lián)合定標和檢測。所述定標設備車配有信息接收裝置和地面數(shù)據接入裝置，分別獲取遙感影像和地物的光譜和輻射信息；通過定標設備獲取靶標的位置信息；通過計算機處理器、數(shù)據分析輔助設備和大屏幕實時顯示裝置，進行光譜、輻射、幾何數(shù)據的匯聚、分析與顯示。所述定標設備車還配有信息發(fā)送裝置、實驗人員手持式接收通訊設備、空中交通管制裝置和氣象保障通聯(lián)系統(tǒng)以獲取多個時相的遙感影像，并在飛行指揮中心的指揮下， 通過運動在預定時間和預定位置成像，并進行地面數(shù)據采集的遙控指揮。本發(fā)明的用于遙感定標的定標設備車，車頂涂覆靶標，攜帶或安裝靶標設備，包括幾何分辨率板、輻射和/或光譜靶標；定標設備，包括氣象觀測儀器、太陽光度計、GPS接收機、光譜儀，多角度測量裝置， 冠層分析儀、微波散射計與輔助設備、手持植物冠層紅外測溫儀、電子精密天平、土壤水分測定儀、指南針；其中太陽光度計和GPS接收機設置于駕駛艙頂部，其余定標設備安置于所述定標設備車設的定標設備艙內；信息接收裝置和信息發(fā)送裝置；屏幕顯示裝置，分別與信息接收裝置和計算機處理器連接；計算機處理器，與信息接收裝置和信息發(fā)送裝置連接；地面數(shù)據接入裝置，分別與定標設備和計算機處理器通過無線或有線方式連接。本發(fā)明的優(yōu)點在于I、首次將定標設備集成為車載系統(tǒng)。車體集成了地物光譜儀、太陽光度計、自動氣象站、GPS接收機等高精度定標設備，克服儀器零散、轉場困難的缺點，為飛行同步數(shù)據獲取、快速轉場提供了保障。2、建立了一套新型輻射和/或光譜移動式靶標。通過改造車頂，涂覆/安裝了輻射/光譜靶標，改變常規(guī)的地面固定靶標形式，形成移動靶標，與車載定標設備成為一套完整的定標系統(tǒng)，實現(xiàn)無人飛行器遙感自動化、一體化定標。通過實時對比分析遙感影像上硬性靶標與常規(guī)軟性靶標的光譜差異，建立軟性靶標效能退化與補償模型。3、可同時實現(xiàn)輻射和/或光譜定標。由于車頂可同時設計輻射靶標和光譜靶標， 因此獲取的數(shù)據可進行輻射/光譜聯(lián)合定標。4、本發(fā)明填補了我國遙感載荷定標中天-地定標數(shù)據實時聯(lián)合處理能力的空白。 車體配備的信息接收裝置、信號接入設備可實時接收空中航空和無人飛行器影像和地面采集數(shù)據，運用高性能計算機處理器進行分析處理，可改變過去“遙感定標結果未知、數(shù)據待后處理”的狀態(tài)。5、建立了一套地面實驗遙控指揮與飛行信息反饋的通訊鏈路。車體配備的信息發(fā)送裝置可將定標實驗的實時處理結果、飛行數(shù)據質量評價結果發(fā)送至航空和無人飛行器指揮中心，為航空和無人飛行器的航攝任務進行實時調整提供數(shù)據支持，同時也對地面同步觀測人員的工作進行評價和決策。改變了過去“天-地、指揮中心-外場工作站”之間信息交互困難的局面。6、信息接收裝置可以同步收集幾何、時相定標信息，結合上述實現(xiàn)的輻射、光譜定標能力，世界上首次形成了遙感四大高分辨率數(shù)據的綜合分析處理平臺，為遙感定標四大分辨率耦合關系研究分析提供了物理手段，為四大分辨率聯(lián)合定標提供了方法依據。
7、本系統(tǒng)方法和平臺可以為衛(wèi)星載荷綜合定標提供范例，由于無人飛行器載荷作業(yè)與衛(wèi)星載荷作業(yè)均以遙測、遙傳、遙控方式進行，其定標控制、映射模型本質相同，因此上述方法可以直接用于衛(wèi)星載荷綜合定標。


圖1(a)定標設備在車體中的布局側視圖(b)定標設備在車體中的布局后視圖其中I-太陽光度計2-GPS接收機3-車頂靶標4-定標和氣象設備艙5_柴油發(fā)電機艙圖2 (a) 一種光譜定標用的連續(xù)漸變的顏色塊(b) 一種輻射定標用的連續(xù)漸變的灰度塊圖3 (a)另一種光譜定標用的逐級漸變的顏色塊(b)另一種輻射定標用的逐級漸變的灰度塊圖4 一種車體輻射和/或光譜靶標示意圖其中6-車主體3-車體輻射/光譜靶標圖5車內定標數(shù)據實時處理系統(tǒng)示意圖其中7-車載信息接收裝置8-大屏幕實時顯示裝置9-高性能計算機處理器10-地面數(shù)據接入設備11-座椅圖6無人飛行器遙感定標設備車的工作流程示意圖(實線箭頭部分為信息傳輸環(huán)節(jié)，虛線箭頭部分為信息反饋環(huán)節(jié))
具體實施例方式本發(fā)明的用于無人飛行器遙感定標實驗的定標設備車為大型廂式車，包括車體、 定標設備系統(tǒng)、車頂涂覆/安裝的幾何分辨板和/或輻射和/或光譜靶標、天-地定標數(shù)據實時聯(lián)合處理系統(tǒng)、地面實驗指揮與飛行信息反饋系統(tǒng)。下面進行詳細介紹(I)定標設備系統(tǒng)根據遙感定標實驗需要，定標設備車車體搭載I)氣象觀測儀器2)太陽光度計3) GPS接收機4)冠層分析儀、微波散射計與輔助設備、手持植物冠層紅外測溫儀、電子精密天平、土壤水分測定儀、指南針5)光譜儀及多角度測量裝置，等。其中，太陽光度計和GPS接收機裝于駕駛艙頂，其余儀器固定于車艙后部特制的設備艙內。車艙后部與設備艙相對的是柴油發(fā)電機艙，兩艙均從艙外開門。艙門口設有抽拉式樣登艙梯，方便搬運。車體自帶的柴油發(fā)電機可在儀器非工作狀態(tài)對其電源充電，也可直接通過儀器的外接電源供電。定標設備在車體中的布局側視圖和后視圖如圖1(a)、(b)所不。各類定標設備的功能如下I)氣象觀測儀器。獲取靶標布設地點的精確的飛行同步氣象數(shù)據。由于無人飛行器飛行范圍廣，車體靶標停放的隨機性很大，機場固定埋設的氣象站不可能兼顧所有靶標布設點的有效監(jiān)測距離，所以該設備主要用于與固定埋設的自動氣象站觀測數(shù)據進行比對并對其進行必要的補充修正，發(fā)揮車體移動定標功能及未來執(zhí)行應急飛行定標任務，車上安裝氣象測量儀器以實時測量氣溫、風速、氣壓、相對濕度等氣象要素是非常必要的。
2)固定式太陽光度計。測定靶標布設地點的氣溶膠光學厚度與太陽輻射。固定式太陽光度計安裝在車上，可以省去每次實驗安裝和需人值守。從無人飛行器定標場長遠服務和移動服務的考慮，需要安裝在車上。3) GPSo作為一個靜態(tài)站參與靶標場控制網的布設，加密控制網以提高精度；同時由于安裝在車上，可以實時解算車體所在位置。4)冠層分析儀、微波散射計與輔助設備、手持植物冠層紅外測溫儀、電子精密天平、土壤水分測定儀、指南針。在自然靶標測量時收集定標場相關地理基礎數(shù)據、土地狀況等各類信息。設備裝載在車上，隨全系統(tǒng)機動執(zhí)行任務，以保證數(shù)據的實時性及有效性。5)光譜儀及多角度測量裝置。無人飛行器遙感定標需要在無人飛行器過境前后同步測量靶標的反射率，由于其工作地點和時間同車體一致，因此需隨車執(zhí)行任務。6)定標相關的其它輔助儀器及工具，如錘子、鐵锨、鐵釘?shù)取?2)車體移動式幾何分辨板和/或輻射和/或光譜靶標靶標是遙感定標實驗中最重要的要素之一。為了使本發(fā)明的“無人飛行器定標設備車”同時具有靶標功能，而不僅僅依賴于地面鋪設的固定式軟性靶標，研制了一種新型車體涂覆/安裝的硬性靶標，隨車可移動到指定工作位置，可與車體內的定標設備成為一套完整的定標系統(tǒng)，實現(xiàn)無人飛行器遙感外場自動化、一體化定標。實現(xiàn)三個功能與技術創(chuàng)新移動式輻射和/或光譜性能檢測的基準靶標；建立與常規(guī)固定式軟性靶標退化和補償機制的試驗靶標；可同時實現(xiàn)輻射/光譜定標、幾何/時相分辨率檢測的多功能靶標。靶標涂覆/安裝在車頂及車頂擴展部分(如側面可升降部分、頂部可折疊部分)。 靶標表面性質均勻平整，光學發(fā)射率特性均一，表面朗伯特性好。輻射和/或光譜靶標的樣式包括所有反射率等級的連續(xù)漸變、逐級漸變的灰度塊，用于輻射定標，見圖2(b)、圖 3(b);所有自然界存在的連續(xù)漸變、逐級漸變的顏色塊，用于光譜定標見圖2(a)、圖3(a)； 也可將灰度塊和顏色塊進行組合，實現(xiàn)輻射/光譜聯(lián)合定標，見圖4。常規(guī)靶標效能退化的監(jiān)測補償車頂靶標為硬體靶標，且平時在車庫存放，靶標輻射性能穩(wěn)定、退化緩慢，而軟性靶標容易受到鋪設平整度、泥土污染的影響，因此硬性靶標可作為監(jiān)測常規(guī)軟性靶標效能退化的量化基準。通過實時對比無人飛行器遙感影像上兩類靶標的光譜性能，建立軟性靶標效能退化與補償模型。(3)天-地定標數(shù)據實時聯(lián)合處理系統(tǒng)包括I)車載信息接收裝置2)高性能計算機處理器3)地面數(shù)據接入設備4)大屏幕實時顯示裝置5)數(shù)據分析輔助條件(無線上網設備、辦公一體機、會議桌、座椅等)車體配備的車載信息接收裝置、信號接入設備能夠抗拒外界電磁干擾，具備實時通信能力，保障信息的實時下傳。高性能計算機處理器，對實時下傳的無人飛行器遙感影像數(shù)據與實時接入的地面測量數(shù)據進行同步聯(lián)合分析，并通過車內大屏幕實時顯示。I)車載信息接收裝置車頂裝有車載電臺，專用的具有數(shù)字保密功能的單工通信車載設備，由主機、手持話筒、保密機、電源線和車載天線等組成，接收實時下傳的無人飛行器影像。2)高性能計算機處理器前艙壁固定安裝高性能計算機處理器的機柜，使用時可移至會議桌面。用于匯聚無人飛行器影像與地面實時測量數(shù)據，由現(xiàn)場數(shù)據處理與分析人員操作，數(shù)據經過專業(yè)軟件處理，實時獲取定標結果，是“天-地定標數(shù)據實時聯(lián)合處理系統(tǒng)”的核心。3)地面數(shù)據接入設備包括專為高性能計算機處理器配置的無線藍牙信號傳輸裝置與有線信號傳輸裝置。GPS接收機、光譜儀等定標儀器，通過藍牙傳輸實時測量數(shù)據至高性能計算機處理器，氣象觀測儀器、固定式太陽光度計、冠層分析儀、微波散射計與輔助設備、手持植物冠層紅外測溫儀、電子精密天平、土壤水分測定儀等定標儀器，通過有線傳輸?shù)姆绞?，將?shù)據快速導入高性能計算機處理器。4)大屏幕實時顯示裝置。在前艙壁上部安裝一臺大屏幕液晶顯示器，可實時顯示車載電臺接收到的無人飛行器影像。通過信號切換，也可實時顯示高性能計算機處理器的數(shù)據處理結果。5)數(shù)據分析輔助條件，包括前艙壁固定的無線上網設備、辦公一體機、車艙中部的會議桌、座椅等。(4)地面實驗遙控指揮與飛行信息反饋系統(tǒng)包括I)信息發(fā)送裝置2)實驗人員手持式接收通訊設備3)空中交通管制裝置4) 氣象保障通聯(lián)系統(tǒng)。車體配備的信息發(fā)送裝置可將定標實驗的實時處理結果、飛行數(shù)據質量評價結果發(fā)送至無人飛行器指揮中心，為無人飛行器的航攝任務進行實時調整提供數(shù)據支持，同時也對地面同步觀測人員的工作進行遙控指揮。I)信息發(fā)送裝置?？蓪o人飛行器遙感定標實驗處理結果實時發(fā)送至無人飛行器指揮中心，為無人飛行器的航攝任務進行實時調整提供數(shù)據支持。2)實驗人員手持式通訊設備。地面數(shù)據采集人員均配備手持式接收設備，車內人員將指令發(fā)送至地面測量人員的手持式接收設備，對地面實驗進行遙控指揮，完成地面數(shù)據同步采集與無人飛行器飛行的協(xié)調。3)空中交通管制通訊設備。與空軍和民航空中交通管制塔臺進行通訊的設備一套。4)氣象保障通聯(lián)系統(tǒng)。與機場氣象保障系統(tǒng)通聯(lián)，連接氣象衛(wèi)星，接收衛(wèi)星云圖， 綜合航跡顯示、全航跡氣象標繪，測試全航路氣象情況提出飛行計劃修改建議的能力，制作、編輯、打印輸出氣象報告。上述實例中，遙感數(shù)據接入方式很多，本發(fā)明僅以直接接收、外部輸入為例進行描述，但不排除采用其他方式；大屏幕種類也很多，例如大尺寸液晶顯示器、投影等，本發(fā)明以液晶顯示器為例進行描述，但不排除使用其他大屏幕；車頂輻射/光譜靶標類型多樣，本發(fā)明僅以圖4為例進行描述，但不排除使用其他類型靶標。下面結合附圖和無人機遙感定標實例對本發(fā)明進一步說明。根據圖6說明在一次無人機遙感實驗中如何利用該設備進行定標實驗和通訊指揮。I)無人機起飛，成像系統(tǒng)開始預拍攝。遙感影像、飛行狀態(tài)等信息(包括航速、航高、飛機的實時位置等)通過通信鏈路，分別傳至定標設備車、無人機指揮中心；2)無人機指揮中心向定標設備車發(fā)送地面數(shù)據采集計劃，包括車體靶標停放經緯度坐標、車體靶標擺放角度、飛機過境時間等；“ (2)車體移動式輻射/光譜靶標”進入指定位置待命。
3)車載信息接收裝置實時接收無人機下傳的影像，進入“(3)天-地定標數(shù)據實時聯(lián)合處理系統(tǒng)”。在大屏幕上實時顯示，同時影像輸入高性能計算機處理器進行存儲；4)地面數(shù)據采集人員將“⑴定標設備系統(tǒng)”全部安置在車體靶標附近區(qū)域，開機待命；5)無人機過境前后I個小時，使用“(I)定標設備系統(tǒng)”進行地面數(shù)據同步測量， 包括將駕駛艙頂?shù)腉PS和太陽光度計開機，將車艙內的其余的定標儀器都移至車艙外部， 在合適的位置放置，開機。光譜儀和多角度測量裝置測量車頂輻射/光譜靶標以及靶標周圍的自然地物的光譜信息(地物的反射率)；GPS接收機解算車體靶標的精確的經緯度坐標；氣象觀測儀器獲取車體靶標區(qū)域的精確的氣象數(shù)據(溫度、濕度、氣壓、風速、風向等)； 太陽光度計測定靶標布設地點的氣溶膠光學厚度與太陽輻射；冠層分析儀、微波散射計與輔助設備、手持植物冠層紅外測溫儀、電子精密天平、土壤水分測定儀收集車體靶標區(qū)域相關地理基礎數(shù)據、土地狀況等各類信息，即使用冠層分析儀測量植物的葉面積指數(shù)等參量， 使用微波散射計與輔助設備測量地表散射截面參量，利用手持植物冠層紅外測溫儀測量植物冠層的溫度，利用電子精密天平測量土壤樣本的質量，利用土壤水分測定儀測量土壤樣本的含水量，利用指南針測量車體靶標的方位角。6)地面同步測量數(shù)據，通過藍牙或有線接入設備，輸入“(3)天-地定標數(shù)據實時聯(lián)合處理系統(tǒng)”的高性能計算機處理器。使用專業(yè)軟件，將地面同步測量的車體靶標光譜和其他輔助參數(shù)作為真值，與靶標的無人機影像進行對比分析，從而對無人機成像系統(tǒng)進行輻射/光譜定標，對其性能進行定量評估。7)定標數(shù)據處理結果進入“(4)地面實驗遙控指揮與飛行信息反饋系統(tǒng)”。8)車內指揮人員，綜合分析定標數(shù)據處理結果，通過信息發(fā)送裝置，發(fā)布給每一位地面數(shù)據采集人員的手持式通訊設備，遙控指揮實驗人員，如決定完成采集任務，或繼續(xù)采集更多數(shù)據。9)車內指揮人員，綜合分析氣象保障聯(lián)通系統(tǒng)、空中交通管制裝置、定標數(shù)據處理結果，通過信息發(fā)送裝置將“(3)天-地定標數(shù)據實時聯(lián)合處理系統(tǒng)”的飛行計劃的修改意見，發(fā)布至無人機指揮中心，如決定完成飛行任務，或繼續(xù)更多的飛行拍攝。10)無人機指揮中心根據9)中的修改意見，修改無人機的飛行計劃，修改外場地面數(shù)據采集計劃。11)若無人機指揮中心命令定標實驗在下一個航空區(qū)域進行，地面數(shù)據采集人員將迅速收起“(I)定標設備系統(tǒng)”至車內，人員進入車內，移動至下一個工作地點，重復上述
1)-10)的步驟。此外，為了檢測常規(guī)的軟性靶標的輻射和光譜特性的退化，可在車體靶標附近區(qū)域鋪設軟性靶標。通過無人機影像上兩類靶標的影像對比，可分析兩類靶標性能的差異，從而監(jiān)測軟質靶標效能退化。本發(fā)明可組合使用幾何分辨率板、輻射靶標、光譜靶標作為車體靶標，并且該靶標組合在不同時相的遙感影像上多次成像的情況下，通過分析不同時相的多張遙感影像，檢測影像中光譜、輻射、幾何、時相的耦合效應，實現(xiàn)一次實驗中光譜、輻射、幾何、時相四種分辨率聯(lián)合定標。具體可采用以下步驟I)定標設備車在預定時間進入預定位置，張開車體靶標，調整靶標與航線的夾角，按相同的角度在車體靶標周圍布設多類靶標，形成幾何分辨率板、輻射靶標、光譜靶標三類的組合，并將攜帶的定標設備安置在靶標附近區(qū)域；2)在飛行器過境時拍攝靶標，形成靶標影像，并在前后的特定時間內通過定標設備收集相應地面數(shù)據，發(fā)送至定標設備車的計算機處理器；3)上述計算機處理器根據飛行器拍攝的靶標影像，結合地面數(shù)據，進行遙感成像系統(tǒng)的光譜、輻射、幾何三種分辨率的聯(lián)合定標和檢測；4)重復上述I) 3)的步驟，獲取不同時相的靶標的遙感影像與地面數(shù)據，分析不同時相的多張遙感影像，檢測影像中光譜、輻射、幾何、時相的耦合效應，實現(xiàn)一次實驗中光譜、輻射、幾何、時相四種分辨率聯(lián)合定標和檢測。
權利要求
1.一種遙感定標綜合方法，包括以下一個或多個部分實現(xiàn).1)基于車體靶標的應急與遠場轉移定標；.2)基于光譜、輻射車體靶標的無線通訊指揮的現(xiàn)場光譜、輻射定標；.3)基于車體靶標一定時間間隔的常規(guī)軟性靶標退化檢測標定；.4)基于無線傳輸?shù)膸缀?、時相數(shù)據與車體光譜、輻射數(shù)據組合的四種分辨率聯(lián)合定標。
2.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述基于車體靶標的應急與遠場轉移定標， 是改變常規(guī)靶標固定于地面的形式，通過改造車體形成移動靶標，在野外實驗中實現(xiàn)快速移動式定標，其步驟包括.1)飛行器將空間相機飛行中拍攝的遙感影像及飛行狀態(tài)信息通過通信鏈路，分別傳至地面定標設備車和指揮中心；.2)指揮中心根據上述飛行器發(fā)送的信息確定定標設備車應達到的預定時間和位置，和定標設備采集地面數(shù)據的方式，發(fā)送到定標設備車的信息接收裝置；.3)定標設備車在預定時間進入預定位置，張開靶標，調整靶標與航線的夾角，并將攜帶的定標設備安置在靶標附近區(qū)域；.4)在飛行器過境時拍攝靶標，形成靶標影像，并在前后的特定時間內通過定標設備收集相應地面數(shù)據，發(fā)送至定標設備車的計算機處理器；.5)上述計算機處理器根據飛行器拍攝的靶標影像，結合地面數(shù)據，進行遙感成像系統(tǒng)定標和檢測；.6)定標設備車根據上述定標和檢測結果確定結束或繼續(xù)定標和檢測，并通過通信鏈路發(fā)送到指揮中心。
3.如權利要求I所述的定標方法，其特征在于，所述基于光譜、輻射車體靶標的無線通訊指揮的現(xiàn)場光譜、輻射定標，與權利要求2相同的步驟，是將地面軟體靶標與車體靶標一體，通過無線通信和統(tǒng)一調配，實現(xiàn)光譜和輻射軟硬體靶標的聯(lián)合定標。
4.如權利要求2或3所述的方法，其特征在于，如定標設備車根據上述定標和檢測結果確定繼續(xù)定標和檢測，所述指揮中心指令飛行器的下一飛行狀態(tài)，確定定標設備車應達到的下一預定時間和位置，和定標設備采集地面數(shù)據的方式，發(fā)送到定標設備車。
5.如權利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述車體靶標，涂覆于定標設備車車頂， 或涂覆于車頂和車體一側或兩側可展開的靶標板，形成硬性靶標，提供定標實驗中最重要的地表真值。與定標設備系統(tǒng)配合使用，利用定標設備準確測量靶標真值，實現(xiàn)兼具數(shù)據源產生和數(shù)據源測量功能的一體化定標。
6.如權利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述定標設備包括氣象觀測儀器、太陽光度計、GPS接收機、光譜儀和多角度測量裝置，以及冠層分析儀、微波散射計與輔助設備、 手持植物冠層紅外測溫儀、電子精密天平、土壤水分測定儀、指南針和輔助裝置，所述輔助裝置包括錘子、鐵锨和鐵釘，實現(xiàn)野外遙感定標實驗的飛行同步地表真值采集。
7.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述基于車體靶標一定時間間隔的常規(guī)軟性靶標退化檢測標定，是將幾何形變、光譜和輻射特性退化非常小的車體靶標作為幾何變形較大、光譜和輻射特性退化較快的常規(guī)軟性靶標的檢測基準，通過不同時相對比分析遙感影像上硬性靶標與軟性靶標的輻射強度與光譜變化差異，建立常規(guī)軟性靶標效能退化與補償模型，實現(xiàn)常規(guī)軟性靶標的退化檢測標定，其步驟包括1)定標設備車在預定時間進入預定位置，張開車體靶標，調整靶標與航線的夾角，按相同的角度在車體靶標周圍布設常規(guī)軟性靶標，并將攜帶的定標設備安置在靶標附近區(qū)域；2)在飛行器過境時拍攝靶標，形成兩類靶標的影像，并在前后的特定時間內通過定標設備收集相應地面數(shù)據，發(fā)送至定標設備車的計算機處理器；3)上述計算機處理器根據飛行器拍攝的兩類靶標影像，結合地面數(shù)據，進行兩類靶標特性的檢測，以硬性靶標的數(shù)據作為真值，建立常規(guī)軟性靶標的退化模型；4)定期重復上述I) 3)的步驟，獲取不同時相的兩類靶標的遙感影像與地面數(shù)據，分析遙感影像上硬性靶標與軟性靶標的輻射強度與光譜變化差異，建立常規(guī)軟性靶標效能退化與補償模型，實現(xiàn)常規(guī)軟性靶標的退化檢測與標定。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述車體靶標，涂覆于定標設備車車頂，或涂覆于車頂和車體一側或兩側可展開的靶標板，形成硬性靶標，提供定標實驗中最重要的地表真值。與定標設備系統(tǒng)配合使用，利用定標設備準確測量靶標真值，實現(xiàn)兼具數(shù)據源產生和數(shù)據源測量功能的一體化定標；所述定標設備包括氣象觀測儀器、太陽光度計、GPS接收機、光譜儀和多角度測量裝置，以及冠層分析儀、微波散射計與輔助設備、手持植物冠層紅外測溫儀、電子精密天平、土壤水分測定儀、指南針和輔助裝置，所述輔助裝置包括錘子、 鐵锨和鐵釘，實現(xiàn)野外遙感定標實驗的飛行同步地表真值采集。
9.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述基于無線傳輸?shù)膸缀?、時相數(shù)據與車體光譜、輻射數(shù)據組合的四種分辨率聯(lián)合定標，是組合使用幾何分辨率板、輻射靶標、光譜靶標作為車體靶標，并且該靶標組合在不同時相的遙感影像上多次成像的情況下，通過分析不同時相的多張遙感影像，檢測影像中光譜、輻射、幾何、時相的耦合效應，實現(xiàn)一次實驗中光譜、輻射、幾何、時相四種分辨率聯(lián)合定標，其步驟包括1)定標設備車在預定時間進入預定位置，張開車體靶標，調整靶標與航線的夾角，按相同的角度在車體靶標周圍布設多類靶標，形成幾何分辨率板、輻射靶標、光譜靶標三類的組合，并將攜帶的定標設備安置在靶標附近區(qū)域；2)在飛行器過境時拍攝靶標，形成靶標影像，并在前后的特定時間內通過定標設備收集相應地面數(shù)據，發(fā)送至定標設備車的計算機處理器；3)上述計算機處理器根據飛行器拍攝的靶標影像，結合地面數(shù)據，進行遙感成像系統(tǒng)的光譜、輻射、幾何三種分辨率的聯(lián)合定標和檢測；4)重復上述I) 3)的步驟，獲取不同時相的靶標的遙感影像與地面數(shù)據，分析不同時相的多張遙感影像，檢測影像中光譜、輻射、幾何、時相的耦合效應，實現(xiàn)一次實驗中光譜、 輻射、幾何、時相四種分辨率聯(lián)合定標和檢測。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述定標設備車配有信息接收裝置和地面數(shù)據接入裝置，分別獲取遙感影像和地物的光譜和輻射信息；通過定標設備獲取靶標的位置信息；通過計算機處理器、數(shù)據分析輔助設備和大屏幕實時顯示裝置，進行光譜、輻射、幾何數(shù)據的匯聚、分析與顯示。
11.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述定標設備車還配有信息發(fā)送裝置、實驗人員手持式接收通訊設備、空中交通管制裝置和氣象保障通聯(lián)系統(tǒng)以獲取多個時相的遙感影像，并在飛行指揮中心的指揮下，通過運動在預定時間和預定位置成像，并進行地面數(shù)據采集的遙控指揮。
12. 一種用于遙感定標的定標設備車，其特征在于，該定標設備車車頂涂覆靶標，攜帶或安裝靶標設備，包括幾何分辨率板、輻射和/或光譜靶標；定標設備，包括氣象觀測儀器、太陽光度計、GPS接收機、光譜儀，多角度測量裝置，冠層分析儀、微波散射計與輔助設備、手持植物冠層紅外測溫儀、電子精密天平、土壤水分測定儀、指南針；其中太陽光度計和GPS接收機設置于駕駛艙頂部，其余定標設備安置于所述定標設備車設的定標設備艙內；信息接收裝置和信息發(fā)送裝置；屏幕顯示裝置，分別與信息接收裝置和計算機處理器連接；計算機處理器，與信息接收裝置和信息發(fā)送裝置連接；地面數(shù)據接入裝置，分別與定標設備和計算機處理器通過無線或有線方式連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及遙感定標綜合方法及一種定標設備車。本發(fā)明將定標設備集成為車載系統(tǒng)；建立了一套新型移動式靶標，可進行遠場快速定標和光譜、輻射分辨率聯(lián)合定標；通過不同時相對比分析遙感影像上硬性靶標與常規(guī)軟性靶標的光譜、輻射、幾何差異，建立軟性靶標效能退化補償模型實現(xiàn)校正標定；車體配備的信息接收裝置可實時接收空中飛行器影像和地面采集數(shù)據，實現(xiàn)基于無線傳輸?shù)膸缀?、時相數(shù)據與車體光譜、輻射數(shù)據組合的四種分辨率聯(lián)合定標；運用高性能計算機分析處理，可改變過去“遙感定標結果未知、數(shù)據待后處理”的狀態(tài)；建立的一套地面實驗遙控指揮與飛行信息反饋通訊鏈路，改變了過去“天-地、指揮中心-外場工作站”之間信息交互困難的局面。
文檔編號G01C25/00GK102607592SQ20121004622
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權日2012年2月24日
發(fā)明者勾志陽, 晏磊, 楊彬, 段依妮, 王明志, 相云, 聶志彪, 趙海盟, 趙炳愛, 路琪, 陳偉 申請人:北京大學