用于光學載荷地面分辨率評價的新型扇形靶標的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及遙感技術領域，尤其涉及一種新型的用于光學載荷地面分辨率評價的新型扇形靶標。
【背景技術】
[0002]遙感技術能夠大范圍、動態的獲取目標電磁輻射信息，實現對于地物真實物理屬性的高效認知，在資源、測繪、氣象和軍事偵察等方面具有廣闊的應用前景。隨著對地觀測遙感技術逐漸向滿足定量化應用方向發展，常態化地定期監測衛星載荷運行過程中性能動態變化、精確檢測變化程度、準確發現變化的原因并制定針對性的補救措施已得到國內外廣泛的重視。
[0003]我國自“九五”以來自主研發了多種星載、機載遙感載荷，形成了資源、環境、氣象、海洋等衛星系列，然而，目前我國行業部門事實上還是以使用國外遙感數據為主，其主要原因之一在于我國遙感技術鏈中長期缺乏有效的載荷性能與數據質量檢測環節，對于載荷在軌定標及性能評測、遙感數據及產品的精準性和可靠性真實性驗證仍存在諸多技術問題。受航天遙感載荷在軌性能無法直接檢測的制約，在軌運行遙感載荷性能動態檢測與定標、遙感產品質量分析與真實性檢驗必須以地面目標測量值為參照基準，因此穩定、精準地面標準參照目標成為其中關鍵一環。“十一五”期間科技部“無人機遙感載荷綜合驗證系統”項目針對光學載荷性能測試，研制布設了灰度靶標、三線靶標、彩色靶標、扇形靶標、幾何十字標、MTF刃邊靶標等不同用途的多種移動式人工目標，極大改善了我國測試標準目標體系的完整性，為實現可常態化運行的載荷性能綜合測試奠定了一定基礎，但其依然采用測后回收的方式，不僅每次測試都要耗費大量人力、物力重新布設，而且由于移動式人工目標大多采用噴涂化學材料的研制方式，使得不同測試時期內目標特性的不穩定也會對評價結果帶來不確定性。
[0004]固定式測試目標能夠提供一致性強、重復利用度高的參考信息，對于經常性的開展載荷性能檢測，尤其是高重訪的衛星載荷周期性質量檢測具有重要作用。為了保障遙感載荷長期業務運行期間的數據質量，達到預期的應用目標，國內一些測試場已經具備了人工的固定式測試目標，例如嵩山場采用刷漆方式研制、布設的用于輻射定標、MTF性能及地面分辨率評價的固定式人工目標。然而，采用刷漆方式研制的固定目標光譜退化嚴重，靶標對比度影響評價結果的精度。
[0005]總之，目前這些可移動式或者固定目標存在以下主要技術缺陷:
I)可移動式目標依然采用測后回收的方式，耗費大量人力、物力重新布設。
[0006]2)采用噴涂、刷漆方式研制的人工目標的光譜穩定性較差，極易受到環境因素，例如的雨水、霜凍的影響干擾而引起光譜快速退化，影響評價結果的精度。
[0007]3)采用噴涂、刷漆方式研制的固定式人工目標的滲水性較差，靶標表面容易產生積水。

【發明內容】

[0008]針對目前固定式測試目標存在的問題，本專利提出了一種新的穩定性好、朗伯性佳的鋪設新技術，研制了一套航空/航天共用高分辨率光學載荷地面分辨率評價的新型扇形靶標。解決現有技術存在穩定性差、成本高等問題。
[0009]本發明的技術方案是:一種用于光學載荷地面分辨率評價的新型扇形靶標，其特征在于，該扇形革E標的表面形狀為一個總圓心角為155°、外半徑為50m、內半徑為2m的扇形，該扇形分為多個小弧角為5°、黑白相間的小扇形組成，相鄰兩個小扇形的對比度大于5: 1，所述的扇形靶標均采用礫石材料鋪設而成。
[0010]所述的扇形靶標采用角鋼焊接組成扇形框架；在扇形框架、弧形中間角鋼及預埋件表面設有黑色防銹油漆涂層。
[0011]在所述的天然礫石材料的下面鋪設有透水土工布。
[0012]從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果:
(O可極大提高衛星載荷地面分辨率評價的頻次；
(2)靶標光譜穩定性好，不會受到雨水、霜凍的影響而引起光譜快速退化，有效提高性能評價精度；
(3)靶標的幾何形狀受雨雪、霜凍而受到的影響小；靶標的滲透性很好且具有良好的自我清潔能力，可大幅降低常態化運行所需的維護成本。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的基本形狀示意圖；
圖2是墊層斷面結構的示意圖；
圖3本發明采用的靶標石的兩種顏色對比圖；
圖4本發明采用的三種顏色靶標石的光譜曲線圖。
【具體實施方式】
[0014]參見圖1-圖4，為了評估光學載荷地面分辨率，通常在地面布設分辨率靶標，比如三線分辨率靶標或扇形靶標，對載荷所獲取的分辨率靶標圖像進行檢測。三線靶標法的檢測方法雖然相對簡單，但是由于靶標尺寸變化是不連續的，因此無法以連續方式獲得更為準確的分辨率測量；并且對于地面分辨率較小的載荷，往往難以布設滿足要求的三線分辨率靶標；此外對于數字光電成像系統，受到采樣相位影響，利用三線靶標可能會出現分辨率誤判的問題。相比于三線分辨率靶標，扇形靶標存在如下優勢:1)靶條數多，可以有效避免三線分辨率靶標線條數少導致的檢測結果的偶然性；2)靶條寬度成梯形連續漸變，可獲得連續的分辨率測量，并能夠有效減小相位差等因素對檢測結果的影響，減少誤判；3)當輻射角大于90度時，可覆蓋從CCD陣列方向到運動方向，并且布設和維護成本也比大陣列三線分辨率靶標低。因此，為了滿足多方向高分辨率衛星、航空光學載荷地面分辨率驗證與測試需求，設計扇形固定靶標。
[0015]利用扇形靶標評價載荷地面分辨率時，不同靶標半徑上黑/白靶條寬度不同。而地面分辨率痛卩等于圖像上剛剛能分辨出的黑/白靶條的寬度名，其對應半徑稱為極限半徑。因此，為了滿足多方向高分辨率(至少4.36m載荷)衛星、航空光學載荷地面分辨率驗證和測試需求，本發明設計了一個總圓心角為155°，每個小弧角均為5°，外半徑為50m，內半徑為2m的黑白相間的扇形靶標I。設定相鄰兩個小扇形(白色小扇形2和黑色小扇形O的對比度大于5:1，以便于白/黑靶條在圖像中有效識別。
[0016]2、固定式人工革巴標研制:
(I)墊層鋪設
參見圖2和圖3，為了保證固定靶場區的良好的透水性和平整度、抗壓能力，固定靶標區的墊層8 (鋪設在地面9上)由天然級配砂礫組成。其中砂礫的最大粒徑不宜大于60_，不小于0.071mm，粉料含量不應大于5% ;機械壓實，厚度為200mm，壓實系數大于0.93。另夕卜，在天然級配礫石表層需要鋪設規格為300g/m2的透水土工布7以防止墊層雜草叢生。
[0017](2)靶標石的選取
利用人工靶標進行遙感載荷性能評價要求靶標的反射率、靶標傾角等特性應當不隨時間而變化，這樣可以說明計算精度滿足要求范圍內的指標變化都是傳感器性能變化引起的，以便監測傳感器性能隨時間的變化情況。因此，考慮到固定人工靶標長期處于野外環境的特點，選擇受雨水、雪和霜凍影響較小的光譜穩定、光譜退化較慢的礫石進行鋪設。為了減弱礫石的光譜方向性和陰影遮擋，頂層鋪設的礫石直徑控制在5-10_之間。綜合考慮扇形靶標的設計要求，滿足靶標對比度需求，靶標石由黑、白兩種不同反射率的礫石構成，如圖3所示，白色礫石5、黑色礫石6分別用于鋪設扇形靶標I的白色小扇形2和黑色小扇形I區域。
[0018](3)靶標研制
為了保證靶標的幾何形狀和穩定性，采用L50角鋼焊接靶標框。為了防止靶標框移動而影響靶標的幾何精度，對于每條半徑，將600_長的角鋼每隔3m鍥入地面作為預埋件，然后將其與框架焊接，并在靶標框特定位置布設混凝土墩(含角鋼埋件)，以便進一步加固靶標框。
[0019]對于扇形靶標，外弧處每隔40°布設混凝土墩(含角鋼埋件)，共計5個，尺寸為300mm*300mm*400mm ;扇形革El標中心布設一個半圓形的混凝土墩4，用于固定扇形形狀。
[0020]靶標框架焊接完成后，利用經瑋儀、水準儀分別檢測垂直度、角度和平整度等技術參數，經檢測滿足技術要求后，采用黑、白色礫石鋪設扇形靶標，鋪設厚度大于50_，并利用標高找平，確保平整度小于15mm/3m。
[0021]周邊區鋪設:為了降低靶標周圍背景輻射的影響，在靶標周邊鋪設厚度大于50_的黑色靶標石，并利用標高找平，確保平整度小于15mm/3m。
【主權項】
1.一種用于光學載荷地面分辨率評價的新型扇形靶標，其特征在于，該扇形靶標的表面形狀為一個總圓心角為155°、外半徑為50m、內半徑為2m的扇形，該扇形分為多個小弧角為5°、黑白相間的小扇形組成，相鄰兩個小扇形的對比度大于5: 1，所述的扇形靶標均采用礫石材料鋪設而成。
2.根據權利要求1所述的用于光學載荷地面分辨率評價的新型扇形靶標，其特征在于，所述的扇形靶標采用角鋼焊接組成扇形框架；在扇形框架、弧形中間角鋼及預埋件表面設有黑色防銹油漆涂層。
3.根據權利要求1所述的用于光學載荷地面分辨率評價的新型扇形靶標，其特征在于，在所述的天然礫石材料的下面鋪設有透水土工布。
【專利摘要】一種用于光學載荷地面分辨率評價的新型扇形靶標，該扇形靶標為個總圓心角為155°、外半徑為50m、內半徑為2m的扇形，由多個小弧角為5°、黑白相間的小扇形組成；采用穩定性好、朗伯性佳的天然礫石材料鋪設而成。本發明的有益效果是：可極大提高衛星載荷地面分辨率評價的頻次；靶標光譜穩定性好，不會受到雨水、霜凍的影響而引起光譜快速退化，有效提高載荷性能評價精度；靶標的幾何形狀受雨雪、霜凍而受到的影響小；靶標的滲透性很好且具有良好的自我清潔能力，可大幅降低常態化運行所需的維護成本。
【IPC分類】G01S7-497, G01C25-00
【公開號】CN104567938
【申請號】CN201510043493
【發明人】李傳榮, 唐伶俐, 高彩霞, 馬靈玲, 李曉輝, 王寧, 胡堅, 竇帥, 劉耀開, 李子揚, 張丹丹
【申請人】中國科學院光電研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月28日