本发明涉及一种遥感相机积分时间地面自动化标定方法。
背景技术：
随着科学技术的发展，现代小卫星的优势越来越明显，一方面，以美国欧盟为首的航天大国已经将现代小卫星技术列为航天技术发展中的重点领域之一；另一方面，随着军事航天的发展，航天装备正在加速转型，即由原来的空间支援与力量增强，转为空间控制与力量运用，现代小卫星已经成为军事强国发展的战略重点。
视频卫星是一种新型对地观测卫星，与传统的对地观测卫星相比，其最大的特点是可以对某一区域进行“凝视”观测，以“视频录像”的方式获得比传统卫星更多的动态信息，特别适于观测动态目标，分析其瞬时特性。
应用于微纳卫星的遥感相机易于实现标准化、模块化，易于技术更新，研制周期短，经济成本低，特别是应用在分布式空间遥感系统中更能发挥其最大特点，这些对军事应用也特别合适。现代立方星遥感相机不仅可用于民用市场，还可以满足各种机动任务的需求，特别是对军事航天的发展具有极其重要的作用。
目前国立方星遥感相机在轨工作后通常需要通过在轨标定来确定工作的积分时间。然而面对一些快速响应任务的时候，要求遥感相机能够在轨后即刻进入工作状态，无法提供在轨标定的时间，因此需要通过地面进行优化的在轨积分时间确认。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种遥感相机积分时间地面自动化标定方法，能够准确快速的完成遥感相机在轨积分时间的地面自动化标定。
实现本发明目的的技术方案是：一种遥感相机积分时间地面自动化标定方法，包括以下步骤：
步骤一，根据相机的特性参数与轨道参数计算出相机在轨入瞳处的成像照度范围；
步骤二，根据在轨成像照度范围，以及相机与积分球的距离计算出积分球的输出照度范围，并将范围分为n档，同时确定相机的粗调节积分时间范围，将其等分为m1档；
步骤三，调节相机积分时间，并分别对n档积分球输出进行成像，绘制出不同积分时间下在输出辐射照度范围内的探测器响应曲线；
步骤四，对不同积分时间下的响应曲线进行评分，得分最高的积分时间为当前最优积分时间；
步骤五，计算出相机的细调节积分时间范围，将其等分为m2档，并重复步骤三、四得到细调节下的最优积分时间，作为地面自动化积分时间标定的结果。
所述步骤一中相机的特性参数包括相机光学传递函数、相应谱段、系统下数和同轴系统遮挡比；所述轨道参数包括轨道高度和轨道倾角。
所述步骤一中计算相机在轨入瞳处的成像照度范围的具体计算过程为：
首先，计算不同太阳高度角下的地物反射照度，计算公式为：
其中，n为成像照度范围，w为太阳常数，k为响应谱段系数，relect_ratio为地面反照率，atoms_trams为大气透过率，sunangle为太阳高度角；
然后，计算在轨入瞳处的成像照度范围，计算公式为：
其中，α是同轴系统遮挡比，m为入瞳处照度，optsys_trams为光学系统传递函数，f_number2为光学系统f数。光学系统f数是焦距与孔径的比值，即光束的大小。
所述步骤二中积分球的输出照度范围通过照度计标定出积分球功率与电压的关系来分为n档。
所述步骤三中的探测器响应曲线为当前积分时间下探测器平均响应灰度值与对应积分球输出照度的关系曲线。
所述步骤四中对不同积分时间下的响应曲线进行评分的计算公式为：
其中，
所述步骤五中相机的细调节积分时间范围通过相机的粗调节中得到的优化积分时间与相邻两个积分时间计算得到。
采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：（1）本发明根据相机在轨工作状态，计算得到最优的积分时间，有效降低了在轨调节积分时间的复杂度和检测成本。
（2）本发明使得相机在轨开机后即可进入工作状态，提高对空间环境的适应性。
具体实施方式
（实施例1）
本实施例的遥感相机积分时间地面自动化标定方法，包括以下步骤：
步骤一，输入相机参数（相机的特性参数）与轨道参数，并根据相机的特性参数与轨道参数计算出相机在轨入瞳处的成像照度范围。
相机的特性参数包括相机光学传递函数、相应谱段、系统下数和同轴系统遮挡比。
轨道参数包括轨道高度和轨道倾角。
相机在轨入瞳处的成像照度范围的具体计算过程为：
首先，计算不同太阳高度角下的地物反射照度，计算公式为：
其中，n为成像照度范围，w为太阳常数，k为响应谱段系数，relect_ratio为地面反照率，atoms_trams为大气透过率，sunangle为太阳高度角；
然后，计算在轨入瞳处的成像照度范围，计算公式为：
其中，α是同轴系统遮挡比，m为入瞳处照度，optsys_trams为光学系统传递函数，f_number2为光学系统f数。光学系统f数是焦距与孔径的比值，即光束的大小。
步骤二，根据在轨成像照度范围，以及相机与积分球的距离计算出积分球的输出照度范围，并通过照度计标定出积分球功率与电压的关系将积分球的输出照度范围分为n档。同时确定相机的粗调节积分时间范围，将其等分为m1档；
步骤三，调节相机积分时间，并分别对n档积分球输出进行成像，绘制出不同积分时间下在输出辐射照度范围内的探测器响应曲线；探测器响应曲线为当前积分时间下探测器平均响应灰度值与对应积分球输出照度的关系曲线。
步骤四，对不同积分时间下的响应曲线进行评分，得分最高的积分时间为当前最优积分时间。
对不同积分时间下的响应曲线进行评分的计算公式为：
其中，
步骤五，计算出相机的细调节积分时间范围，将其等分为m2档，并重复步骤三、四得到细调节下的最优积分时间，作为地面自动化积分时间标定的结果。相机的细调节积分时间范围通过相机的粗调节中得到的优化积分时间与相邻两个积分时间计算得到。
本实施例的遥感相机积分时间地面自动化标定方法可以应用在如下遥感相机积分时间地面自动化标定装置上，该遥感相机积分时间地面自动化标定装置包括：
主控模块，由在工业计算机与相关外围接口组成，控制各个模块的工作并能够接收遥感相机图像并进行自动化处理分析；
相机测试台，由小型光学平台与夹具组成，能够对相机进行固定，并调节垂直高度；
电控移动导轨，由移动导轨和电控制箱组成，能够接收到主控指令调节相机成像位置与积分球的距离；
照度输出模块，由标准小型化积分球和照度计组成。
接下来，通过cubesat遥感相机对本实施例的遥感相机积分时间地面自动化标定方法进行验证：
在一次自动标定开始时，将相机安装在测试台上，调节相机高度，使其正对积分球。输入相机参数（光学参数：相机分辨率，相机规模，像元大小）与轨道参数，系统根据计算结果得到粗积分时间范围200us-500us与成像目标的辐射照度范围500-30000lux，对积分时间进行10等分，对辐射照度范围进行10等分，系统开始在不同积分时间范围内对不同辐射照度进行成像。系统采集图像，并进行平均响应计算，得到不同积分时间下的响应曲线。计算得到最优的响应曲线，确定粗精度下的最优积分时间。计算得到细精度下的积分时间范围，并进行10等分重新进行成像计算，得到优化的积分时间，作为地面标定的最优相机在轨积分时间结果。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。