本發(fā)明涉及航天技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種衛(wèi)星地面測(cè)試中成像類(lèi)定量遙感儀器干擾和噪聲評(píng)價(jià)方法。
背景技術(shù)：
對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星一般由平臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)和有效載荷系統(tǒng)兩大部分組成，有效載荷是衛(wèi)星效能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，也是地面測(cè)試的重要環(huán)節(jié)。對(duì)于光學(xué)有效載荷測(cè)試，包括性能測(cè)試和接口測(cè)試。
性能測(cè)試主要考核儀器的定標(biāo)性能、光學(xué)性能、幾何性能與用戶使用要求的符合性，需要專(zhuān)用的測(cè)試設(shè)備，一般在衛(wèi)星測(cè)試中只進(jìn)行功能和光電通路的檢查；而接口測(cè)試是有效載荷衛(wèi)星測(cè)試重點(diǎn)考核的內(nèi)容，除常規(guī)的機(jī)械接口、電接口、熱接口和軟件通訊接口的匹配性外，更為重要的是電子學(xué)的兼容性，即衛(wèi)星正常工作狀態(tài)下，其他分系統(tǒng)與載荷可同時(shí)正常工作，相互之間不受影響。因此對(duì)有效載荷的干擾和噪聲情況進(jìn)行實(shí)時(shí)快速無(wú)疏漏的評(píng)價(jià)識(shí)別是非常重要的衛(wèi)星測(cè)試項(xiàng)目。
圖像干擾與噪聲是相互關(guān)聯(lián)的，干擾一般為外界引入的具有一定周期性的，其結(jié)果可能會(huì)引起噪聲水平增高，也可能淹沒(méi)在數(shù)據(jù)周期性采樣中；噪聲可以是外界引入，也包括系統(tǒng)內(nèi)部探測(cè)器、電子學(xué)固有的噪聲。本發(fā)明主要評(píng)價(jià)的是外界引入的干擾和噪聲水平的放大。
傳統(tǒng)目視評(píng)價(jià)方法僅能通過(guò)肉眼對(duì)圖像中明顯存在的周期性干擾條紋進(jìn)行識(shí)別，其弊端主要在主觀性強(qiáng)、受圖像顯示拉伸甚至顯示器分辨率限制、對(duì)小干擾或非周期性隨機(jī)干擾可能漏判等。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述背景技術(shù)中的不足，提出一種衛(wèi)星地面測(cè)試中成像類(lèi)定量遙感儀器干擾和噪聲評(píng)價(jià)方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種衛(wèi)星地面測(cè)試中成像類(lèi)定量遙感儀器干擾和噪聲評(píng)價(jià)方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟一、在衛(wèi)星有效載荷觀測(cè)視場(chǎng)為暗背景條件，衛(wèi)星正常工作的地面測(cè)試環(huán)境下，對(duì)儀器數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；
步驟二、對(duì)有效載荷科學(xué)源報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行包格式解析和判讀，分通道提取并按數(shù)據(jù)量化位數(shù)要求及探測(cè)區(qū)域順序排列圖像數(shù)據(jù)；
步驟三、對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域分析，判讀在頻域內(nèi)不存在固定頻率的干擾，或者識(shí)別出存在固定頻率干擾，并可精確定位干擾頻率位置和幅值；
步驟四、各通道遙感數(shù)據(jù)以DN值方式整幅圖像顯示，對(duì)明顯的噪聲干擾進(jìn)行目視識(shí)別；
步驟五、逐行逐探元計(jì)算探測(cè)圖像的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，以標(biāo)準(zhǔn)差的變化作為空域噪聲評(píng)價(jià)的指標(biāo)。
優(yōu)選地，所述步驟一關(guān)于衛(wèi)星暗背景環(huán)境的建立，對(duì)于可見(jiàn)通道通過(guò)遮擋相機(jī)通光孔徑方式實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選地，所述步驟一關(guān)于衛(wèi)星暗背景環(huán)境的建立，對(duì)于紅外通道利用真實(shí)探測(cè)器、液氮制冷方式實(shí)現(xiàn)或通過(guò)模擬電阻盒替代真實(shí)探測(cè)器實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選地，所述步驟二的有效載荷科學(xué)源報(bào)數(shù)據(jù)解析需分通道提取出光學(xué)觀測(cè)遙感數(shù)據(jù)內(nèi)容和輔助信息內(nèi)容，并根據(jù)輔助信息進(jìn)行按原始探測(cè)行列、探元和時(shí)間順序排列。
優(yōu)選地，所述步驟三的頻域分析為將各通道各探測(cè)器單元數(shù)據(jù)按時(shí)間軸為序列進(jìn)行FFT(傅里葉)變換。
優(yōu)選地，所述步驟四對(duì)通道遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行整幅圖全量化位數(shù)歸一化拉伸后顯示。
優(yōu)選地，所述步驟五采用均值計(jì)算公式和標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算公式，均值計(jì)算公式為如下式：
所述標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算公式為如下式：
s為標(biāo)準(zhǔn)差，n為像元總數(shù)，xi為第i個(gè)像元的DN值，為所有像元的平均值。
優(yōu)選地，所述步驟五包括以下評(píng)價(jià)準(zhǔn)則：各通道多幅圖像計(jì)算整幅均值基本穩(wěn)定；各通道多幅圖像計(jì)算整幅標(biāo)準(zhǔn)差基本穩(wěn)定；同一通道各探元多幅圖像計(jì)算探元內(nèi)均值基本穩(wěn)定；同一通道各探元多幅圖像計(jì)算探元內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)差基本穩(wěn)定；各通道各探元計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差值一般應(yīng)在20以內(nèi)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：一，本方法可以最大限度的保證對(duì)各種干擾情況進(jìn)行快速識(shí)別無(wú)疏漏，并結(jié)合噪聲定量評(píng)價(jià)，確保不受其他主客觀因素影響干擾識(shí)別結(jié)果。二，本方法可實(shí)現(xiàn)多通道多探元遙感數(shù)據(jù)并行判讀和識(shí)別，提高效率的同時(shí)，也可對(duì)相互之間噪聲和干擾來(lái)源進(jìn)行快速定位。本發(fā)明方法綜合進(jìn)行頻域、空域和目視判讀，從而識(shí)別和評(píng)價(jià)遙感圖像噪聲水平以及是否存在干擾。
附圖說(shuō)明
通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
圖1為本發(fā)明衛(wèi)星地面測(cè)試中成像類(lèi)定量遙感儀器干擾和噪聲評(píng)價(jià)方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
一般認(rèn)為，多通道成像類(lèi)遙感儀器需考核其電子學(xué)自兼容性和衛(wèi)星電子學(xué)兼容性，在系統(tǒng)級(jí)和驗(yàn)收測(cè)試中，需完成其自兼容性進(jìn)行考核；而在裝星后測(cè)試中，重點(diǎn)考察與衛(wèi)星其他分系統(tǒng)電子學(xué)兼容性，以及衛(wèi)星接地狀態(tài)、電纜屏蔽狀態(tài)差異可能引發(fā)的圖像噪聲水平放大。
本發(fā)明方法包含如下步驟：
步驟一、在衛(wèi)星有效載荷觀測(cè)視場(chǎng)為暗背景條件，衛(wèi)星正常工作的地面測(cè)試環(huán)境下，對(duì)儀器數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；
可見(jiàn)通道通過(guò)遮擋相機(jī)通光孔徑方式實(shí)現(xiàn)儀器暗背景成像條件的建立，外通道可使用真實(shí)紅外探測(cè)器，通過(guò)液氮對(duì)探測(cè)器制冷使其正常探測(cè)；也可通過(guò)模擬電阻盒替代真實(shí)探測(cè)器實(shí)現(xiàn)。經(jīng)驗(yàn)證，上述方法所建立的暗背景成像條件可真實(shí)模擬儀器底噪聲環(huán)境。
步驟二、對(duì)有效載荷科學(xué)源報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行包格式解析和判讀，分通道提取并按數(shù)據(jù)量化位數(shù)要求及探測(cè)區(qū)域順序排列圖像數(shù)據(jù)；
原始科學(xué)源包數(shù)據(jù)包括輔助信息部分和遙感數(shù)據(jù)部分，按照CCSDS協(xié)議要求進(jìn)行有效編排，遙感數(shù)據(jù)部分排列以時(shí)間為基準(zhǔn)所有通道混合下傳。因此數(shù)據(jù)解析部分需根據(jù)輔助信息中行列信息、對(duì)各通道數(shù)據(jù)進(jìn)行重新組包，并按照約定的量化位數(shù)和通道探元數(shù)解析、排列。
步驟三、對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域分析，可判讀在頻域內(nèi)不存在固定頻率的干擾，或者可識(shí)別出存在固定頻率干擾，并可精確定位干擾頻率位置和幅值；
具體的頻域分析方法為，各通道各探測(cè)元按時(shí)間周序列進(jìn)行FFT變換，具體變化公式為如下式：
ωN＝e(-2πi)/N
各通道各探測(cè)器單元頻域數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新顯示，如出現(xiàn)異常尖峰，則對(duì)特定頻率進(jìn)行識(shí)別和分析。
步驟四、各通道遙感數(shù)據(jù)以DN值方式整幅圖像顯示，對(duì)明顯的噪聲干擾進(jìn)行目視識(shí)別；
光學(xué)遙感數(shù)據(jù)需按照探測(cè)場(chǎng)景的行列順序，按通道進(jìn)行整幅圖全量化位數(shù)歸一化拉伸后顯示。目視識(shí)別中明顯的噪聲和干擾類(lèi)型包括橫條帶(條紋)、豎條紋(條紋)、斜條帶(條紋)、多像素圖像DN值跳變等。
步驟五、逐行逐探元計(jì)算探測(cè)圖像的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，以標(biāo)準(zhǔn)差的變化作為空域噪聲評(píng)價(jià)的指標(biāo)。
對(duì)全量化位數(shù)的遙感數(shù)據(jù)，分別按照整幅圖像、逐像元圖像、逐行圖像計(jì)算圖像DN值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。均值計(jì)算公式為：
標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算公式為：
s為標(biāo)準(zhǔn)差，n為像元總數(shù)，xi為第i個(gè)像元的DN值，為所有像元的平均值。
計(jì)算結(jié)果對(duì)噪聲水平的定量化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括：各通道多幅圖像計(jì)算整幅均值基本穩(wěn)定；各通道多幅圖像計(jì)算整幅標(biāo)準(zhǔn)差基本穩(wěn)定；同一通道各探元多幅圖像計(jì)算探元內(nèi)均值基本穩(wěn)定；同一通道各探元多幅圖像計(jì)算探元內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)差基本穩(wěn)定；各通道各探元計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差值一般應(yīng)在20以內(nèi)。根據(jù)上述評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可對(duì)連續(xù)多幅圖像空域噪聲水平進(jìn)行計(jì)算評(píng)估，并可與分系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如對(duì)比結(jié)果存在較大差異，則可以考慮對(duì)干擾和噪聲進(jìn)行排查。
頻域干擾監(jiān)測(cè)結(jié)果、目視判讀結(jié)果和空域噪聲水平定量計(jì)算結(jié)果可聯(lián)合作為多通道成像類(lèi)遙感儀器是否在衛(wèi)星測(cè)試中受到干擾的判據(jù)。如出現(xiàn)干擾情況，排查過(guò)程可以采用星上各分系統(tǒng)分別加電、物理屏蔽措施、更改接地方式等，分階段采用本發(fā)明方法評(píng)估并定位上述干擾和噪聲來(lái)源。
以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。