【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于激光雷达测量的船载光电经纬仪可见光系统成像特性分析方法，属于光电测量领域。
技术介绍
1、船载光电经纬仪是测量船测控设备的重要组成部分，其作用包括昼夜测量星体、解算惯导航向误差、校准惯导航向、测星或测方位标确定航向、为测量船坞内标校提供方位零位标定基准、鉴定其它测量设备的测角、测距精度，以及各类飞机、航天飞行器等物体的跟踪测量。
2、船载光电经纬仪多数配置了可见光测量分系统和和红外测量系统，其中针对可见光系统，主要是通过接收目标表面所反射的光线成像，所以光照条件的不同会直接影响跟踪效果。
3、在可见光成像特性计算中，需要对目标的等效视星等进行分析，并依据光电经纬仪性能比对判别可视性，其计算过程需要利用工作环境的大气透过率，传统方式通常将大气透过率设为经验值，无法满足现代经纬仪高精度测量需求。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于激光雷达测量的船载光电经纬仪可见光系统成像特性分析方法，满足经纬仪高精度测量需求。
2、本专利技术解决上述问题所采用的技术方案为：一种基于激光雷达测量的船载光电经纬仪可见光系统成像特性分析方法，该方法以激光雷达测量数据作为基准和输入，形成观测时刻的实时透过率，根据计算模型完成目标的等效视星等计算，同时通过理论计算目标在可见光系统上的成像像元数，作为推断可见光可观测目标时间弧段的依据之一，综合形成船载光电经纬仪可见光系统成像特性分析流程。
3、步骤一、天光地影分析p>
4、根据光电经纬仪可见光分系统的成像条件，需要分析在跟踪弧段内目标受太阳的照射情况和经纬仪指向目标和太阳之间的夹角。其中目标受太阳照射情况影响可见光系统对目标的可见程度，本专利技术利用stk软件仿真完成目标受在跟踪弧段内受阳光照射的时间弧段计算。如果目标处于地影区，一般认为可见光系统发现目标概率较低，理论上目标受太阳照射情况下，可见光系统具备发现目标的可能，再进一步结合目标在可见光系统的成像像元数和目标等效视星等来判别可见光系统可观测目标的时间弧段。
5、步骤二、基于船载激光雷达测量获取相应波段的大气透过率
6、气溶胶模型固定为海洋型，恒定的微量气体成分采用标准大气模式，测量地点实时的大气参数廓线通过积累的大气参数模式数据库和实时观测的大气参数进行推算。利用软件系统根据仪器的波长响应函数和以上大气参数完成计算过程并得到对应波段的大气透过率。日间可见光到近红外多波段的大气透过率通过多波段太阳辐射计测量，其中整层大气水汽总含量可用0.94μm波段进行遥测。气溶胶高度分布用米散射激光雷达测量；夜间0.532μm波长的大气气溶胶光学高度和厚度分布通过激光雷达测量。通过能见度仪完成近海面大气能见度的测量，近海面风速风向、大气温度、湿度、气压通过自动气象站完成测量。
7、气溶胶衰减示意图如附图1所示，气溶胶衰减由两部分构成：气溶胶衰减波长分布和高度分布，计算公式如下所示：
8、
9、其中，l表示为传输路径，n(h)表示为气溶胶衰减廓线，βλ表示为气溶胶衰减系数，βλ(0)表示为地面的气溶胶衰减系数。通过地面能见度(vis)并依据以下公式可计算得到0.55μm波长上的气溶胶衰减系数：
10、
11、0.55μm消光系数和其它波长上的消光系数存在一个波长依赖关系，取决于两个波长上大气分子和气溶胶粒子的消光特性。
12、
13、其中λ为光波波长，r为气溶胶粒子尺度，表示为单粒径粒子的消光效率因子，在假定气溶胶粒子为球形粒子的条件下可由mie散射理论根据气溶胶粒子的复折射率和尺度参数精确计算得到，n(r)为气溶胶粒子尺度谱分布。
14、本专利技术利用激光雷达测量气溶胶消光廓线或太阳辐射计测量的550nm波长上的气溶胶光学厚度，得到气溶胶消光系数随高度的变化。探测路径的大气总消光为分子连续吸收和散射、气溶胶消光、分子吸收之和，由此可得到大气光谱透过率，通过光谱响应函数加权能够获取探测器响应波段内的平均透过率。
15、步骤三、目标等效视星等计算模型建立
16、船载光电经纬仪可见光系统接受目标反射的日光，所接收的辐射能量对点目标的辐照度计算公式为：
17、
18、式中，me(λ,t)表示为可见光波段辐射强度，rse表示为日地的平均距离，asun表示为太阳表面积，在日地平均距离下可计算得到可见光波段(0.38μm～0.76μm)的点目标辐照度为ee(λ,t)＝673.1w·m-2。由于目标本身的漫反射作用使得其反射的能量向整个空间发散，因此可以将目标看作一个等效反射球体，认为其向空间内散射的能量是均匀的，可得到达可见光测量系统入瞳处的目标辐射强度为：
19、
20、式中，θ表示为太阳与目标连线和目标与光电经纬仪可见光系统连线形成的观测夹角，ρ、aobj分别为目标反射率和有效反射截面积，具体需依据待跟踪目标的实际情况取值。τ为大气透过率，取船载激光雷达实际测量值。通过目标入射强度和光学系统入瞳处所对应的立体角，能够定量描述相面处采集到的目标能量，将其转化为光子数可以表示为：
21、
22、其中为大气平均波长，取0.55μm，h为普朗克常量，取6.626×10-34j·s；c为光速，取3×108m/s，代表目标距离。最后得到目标的等效视星等计算公式如下所示：
23、
24、经公式计算完成目标的等效视星等在观测弧段内的数值变化，同时依据观测条件(日间或者夜间)，若理论等效视星等小于光电经纬仪可见光观测能力指标，则判定可见光分系统具备发现目标的能力。
25、步骤四、成像像元数计算模型建立
26、根据光电经纬仪成像原理，目标成像像元数可由以下形式表达：
27、
28、其中，m为像元数；m1为目标线尺寸大小；m2为像元线尺寸、f为焦距，取值均以相机实际使用参数为主；r为目标与光电经纬仪的距离值。为了使图像处理器可靠提取目标，要求目标在探测器靶面上成像的最小尺寸所覆盖的像元数应满足：
29、m min≥[＝m min] (9)
30、其中，m min表示目标在探测器靶面上成像的最小几何尺寸所覆盖的像元数；[mmin]表示图像处理器要求的目标像覆盖最少像元数，依据相机性能指标取值。
31、本专利技术与现有技术相比具有如下优点：
32、本专利技术基于船载激光雷达测量获取相应波段的大气透过率，使目标的等效视星等计算结果更加贴近实际情况，更加有效提升成像特性分析的精度；二是系统形成了船载光电经纬仪可见光分系统的成像分析流程与各要素计算模型，对任务规划、船位设计提供了一定的理论依据。
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1.一种基于激光雷达测量的船载光电经纬仪可见光系统成像特性分析方法，其特征在于：该方法以激光雷达测量数据作为基准和输入，形成观测时刻的实时透过率，根据计算模型完成目标的等效视星等计算，同时通过理论计算目标在可见光系统上的成像像元数，作为推断可见光可观测目标时间弧段的依据之一，综合形成船载光电经纬仪可见光系统成像特性分析流程。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达测量的船载光电经纬仪可见光系统成像特性分析方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于激光雷达测量的船载光电经纬仪可见光系统成像特性分析方法，其特征在于：步骤一中目标受太阳照射情况影响可见光系统对目标的可见程度，利用STK软件仿真完成目标受在跟踪弧段内受阳光照射的时间弧段计算，再进一步结合目标在可见光系统的成像像元数和目标等效视星等来判别可见光系统可观测目标的时间弧段。
4.根据权利要求2所述的一种基于激光雷达测量的船载光电经纬仪可见光系统成像特性分析方法，其特征在于：步骤二中日间可见光到近红外多波段的大气透过率通过多波段太阳辐射计测量，其中整层大气水汽
5.根据权利要求4所述的一种基于激光雷达测量的船载光电经纬仪可见光系统成像特性分析方法，其特征在于：气溶胶衰减由两部分构成：气溶胶衰减波长分布和高度分布，计算公式如下所示：
6.根据权利要求2所述的一种基于激光雷达测量的船载光电经纬仪可见光系统成像特性分析方法，其特征在于：步骤三中所接收的辐射能量对点目标的辐照度计算公式为：
7.根据权利要求2所述的一种基于激光雷达测量的船载光电经纬仪可见光系统成像特性分析方法，其特征在于：为了使图像处理器可靠提取目标，要求目标在探测器靶面上成像的最小尺寸所覆盖的像元数应满足：
...【技术特征摘要】
1.一种基于激光雷达测量的船载光电经纬仪可见光系统成像特性分析方法，其特征在于：该方法以激光雷达测量数据作为基准和输入，形成观测时刻的实时透过率，根据计算模型完成目标的等效视星等计算，同时通过理论计算目标在可见光系统上的成像像元数，作为推断可见光可观测目标时间弧段的依据之一，综合形成船载光电经纬仪可见光系统成像特性分析流程。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达测量的船载光电经纬仪可见光系统成像特性分析方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于激光雷达测量的船载光电经纬仪可见光系统成像特性分析方法，其特征在于：步骤一中目标受太阳照射情况影响可见光系统对目标的可见程度，利用stk软件仿真完成目标受在跟踪弧段内受阳光照射的时间弧段计算，再进一步结合目标在可见光系统的成像像元数和目标等效视星等来判别可见光系统可观测目标的时间弧段。
4.根据权利要求2所述的一种基于激光雷达测量的船载光电经纬仪可见光系统成像特性分析方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓东，陈德明，李仁龙，李可，刘新明，周海渊，徐如祥，赵李健，段项文，
申请(专利权)人：中国卫星海上测控部，
类型：发明
国别省市：
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