[发明专利]基于时空统一特性的航天光学遥感器成像仿真方法

摘要

基于时空统一特性的航天光学遥感器成像仿真方法，步骤为：（1）根据卫星轨道参数，计算得到在任意时刻GMT卫星位置与时间的关系以及卫星在GMT时刻星下点的经纬度；（2）根据卫星在GMT时刻星下点的经纬度，成像时刻地面目标反射率特性ρ以及太阳高度角θ，计算得到遥感器的入瞳辐亮度L(λ)；（3）结合遥感器参数和L(λ)，得到遥感器的信号Starget，将Starget依次经过线性放大、滤波和量化处理后，再叠加遥感器光学系统、遥感器探测器、遥感器电路和卫星平台的仿真MTF后，得到初始仿真图像；（4）对初始仿真图像进行压缩解压缩、辐射校正和MTF补偿后，得到用户所需的仿真图像。本发明方法可进行有效的光学遥感全链路成像仿真，大大提高光学遥感在轨成像质量。

主权项

基于时空统一特性的航天光学遥感器成像仿真方法，其特征在于步骤如下：（1）根据卫星轨道参数，确定卫星的地心距r和偏近点角E， r = a ( 1 - e 2 ) 1 + e cos f , cos E = e - cos f 1 + e cos f 其中a为卫星轨道半长轴，e为卫星轨道偏心率，f为卫星轨道真近点角；（2）将近地点时刻tp作为卫星在轨道上运动时间的起算点，计算得到在任意时刻GMT卫星位置与时间的关系， GMT - t p = a 3 μ ( E - e sin E ) 其中μ为地心引力常数；（3）确定卫星在GMT时刻星下点的经纬度，其中：经度S_lon=sin‑1[sinisin(ω+f)]纬度S_lat=Ω+tan‑1[cositan(ω+f)]‑ωe(GMT‑tp)i为卫星轨道倾角，ω为卫星轨道近地点幅角，Ω为卫星轨道升交点赤经，ωe为地球自转角速度；（4）根据卫星在GMT时刻星下点的经纬度，计算得到GMT时刻的太阳高度角θ，θ=arcsin[sin(S_lon)×sin(S_lat)+sin(S_lon)cos(S_lat)cosGMT]；（5）根据卫星在GMT时刻星下点的经纬度，成像时刻地面目标反射率特性ρ，以及太阳高度角θ，采用大气模型传输方法计算得到遥感器的入瞳辐亮度L(λ)， L ( λ ) = τ ρ π [ cos θ E 0 ( λ ) + L solar ↓ ( λ ) ] + L solar ↑ ( λ ) 其中E0(λ)是大气层顶的太阳辐照度，τ为大气透过率，Lsolar↓(λ)为太阳下行辐射， Lsolar↑(λ)为太阳上行辐射；（6）结合遥感器参数和步骤（5）所获得的入瞳辐亮度L(λ)，得到遥感器的信号 S t arg et = A det ector π ( 1 - ϵ ) n tdi t int 4 F 2 hc ∫ λ min λ max η ( λ ) L ( λ ) τ optics ( λ ) λdλ 其中Adetector为探测器面积，ε为光学孔径面积遮拦比，对于无遮拦的光学系统ε=0，F为系统f数，ntdi为TDI级数，tint为成像系统的像元积分时间，h为普朗克常数，c为光速，η(λ)为CCD量子效率，λmax和λmin为光谱响应范围的上限和下限，τoptics(λ)为光学系统的光谱透过率；将Starget依次经过线性放大、滤波和量化处理后，叠加遥感器光学系统、遥感器探测器、遥感器电路和卫星平台的仿真MTF后，再加入探测器和电路的噪声，最终得到初始仿真图像；（7）对初始仿真图像进行压缩解压缩、辐射校正和MTF补偿处理后，得到用户所需的仿真图像。