一種衛(wèi)星智能對地觀測模式庫獲取方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種衛(wèi)星智能對地觀測庫模式獲取方法和系統(tǒng)，包括：對每一種單一地物場景進(jìn)行衛(wèi)星成像模擬仿真實驗，分析地物特性，選擇每一種單一地物場景的觀測模式參數(shù)；進(jìn)行多地物場景的衛(wèi)星成像模擬仿真實驗，對多地物場景的觀測模式參數(shù)耦合關(guān)系進(jìn)行分析，選擇多地物場景的觀測模式參數(shù)；根據(jù)所選擇的每一種單一地物場景和多地物場景的觀測模式參數(shù)，構(gòu)建衛(wèi)星智能對地觀測模式庫。本發(fā)明可以通過地面單一地物場景和多場景成像模擬仿真實驗，選擇各種場景下的觀測模式參數(shù)，構(gòu)建完整的衛(wèi)星智能對地觀測模式庫，以供實際衛(wèi)星智能對地觀測時有針對性地進(jìn)行選擇，具有廣泛的應(yīng)用價值。
【專利說明】一種衛(wèi)星智能對地觀測模式庫獲取方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及遙感與對地觀測【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種衛(wèi)星智能對地觀測模式庫獲取方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]對地觀測是以地球為觀測對象，依托衛(wèi)星、飛船、航天飛機(jī)、飛機(jī)以及近空間飛行器等空間平臺，利用可見光、紅外、高光譜和微波等多種探測手段，獲取信息并進(jìn)行處理和形成產(chǎn)品的過程。相應(yīng)的承載平臺、探測手段、處理及應(yīng)用設(shè)備等共同構(gòu)成對地觀測系統(tǒng)。對地觀測系統(tǒng)，根據(jù)承載平臺所處空域的不同可分為天基、空基和臨近空間三大類；根據(jù)用途不同可分為軍用系統(tǒng)、民用系統(tǒng)、商業(yè)系統(tǒng)。
[0003]目前，國外對衛(wèi)星智能對地觀測多模式的曝光時間、增益等最佳組合的智能選擇已有一定的進(jìn)展。歐空局發(fā)射的PROBA小衛(wèi)星搭載的緊湊型高分辨率成像光譜儀(CompactHigh Resolution Imaging Spectrometer, CHRIS)可在2.5分鐘之內(nèi)獲取5個角度的高光譜圖像(-55°、-36°、0°、36°、55° )，并能根據(jù)水體、植被和陸地等不同觀測目標(biāo)和應(yīng)用需求，實現(xiàn)2種不同空間和光譜分辨率成像模式的轉(zhuǎn)換。它可以在411-997nm譜段獲取62個波段、34m空間分辨率圖像，也可以針對水質(zhì)遙感的需要，將成像模式轉(zhuǎn)變?yōu)樵?11-1019nm譜段獲取18個波段、17m空間分辨率的高光譜影像。在我國，海洋一號衛(wèi)星在國內(nèi)首次使用了智能網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，有效載荷配置海陸兼顧，具有明顯創(chuàng)新；目前在研的HXMT (硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡)天文衛(wèi)星是我國自主研發(fā)的第一顆天文衛(wèi)星，可以實現(xiàn)對天球掃描任務(wù)的智能控制；中國科學(xué)院國家天文臺開展研究的空間太陽望遠(yuǎn)鏡能夠根據(jù)太陽活動狀態(tài)采用不同的觀測模式，并自適應(yīng)地進(jìn)行星上數(shù)據(jù)處理，具有一定的智能觀測能力。
[0004]但是，上述智能對地觀測技術(shù)依然處于探索的初步階段，目前已發(fā)射的衛(wèi)星星上智能觀測與處理都較為簡單，缺乏一套完整的衛(wèi)星智能對地觀測模式庫獲取方法和系統(tǒng)，以指導(dǎo)智能衛(wèi)星載荷成像參數(shù)的設(shè)置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一)要解決的技術(shù)問題
[0006]本發(fā)明提供一種衛(wèi)星智能對地觀測模式庫獲取方法和系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中缺乏一套完整的衛(wèi)星智能對地觀測模式庫獲取方法和系統(tǒng)的技術(shù)問題。
[0007](二)技術(shù)方案
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種衛(wèi)星智能對地觀測庫模式獲取方法，包括:
[0009]對每一種單一地物場景進(jìn)行衛(wèi)星成像模擬仿真實驗，分析地物特性，選擇每一種單一地物場景的觀測模式參數(shù)；
[0010]進(jìn)行多地物場景的衛(wèi)星成像模擬仿真實驗，對多地物場景的觀測模式參數(shù)耦合關(guān)系進(jìn)行分析，選擇多地物場景的觀測模式參數(shù)；[0011]根據(jù)所選擇的每一種單一地物場景和多地物場景的觀測模式參數(shù)，構(gòu)建衛(wèi)星智能對地觀測模式庫。
[0012]進(jìn)一步地，
[0013]在所述對每一種單一地物場景進(jìn)行衛(wèi)星成像模擬仿真實驗之前還包括:研究每一種單一地物場景成像的光譜曲線特征，構(gòu)建背景知識庫；
[0014]所述對每一種單一地物場景進(jìn)行衛(wèi)星成像模擬仿真實驗包括:結(jié)合所述背景知識庫，對專業(yè)航空遙感相機(jī)的曝光時間、增益進(jìn)行控制，實現(xiàn)對所述每一種單一地物場景的成像；
[0015]所述分析地物特性，選擇每一種單一地物場景的觀測模式參數(shù)包括:對每一種單一地物場景的成像結(jié)果進(jìn)行綜合分析，評估信噪比，研究曝光時間與增益的關(guān)系，選擇使成像結(jié)果達(dá)到最佳信噪比和信息熵的觀測模式參數(shù)，包括曝光時間、增益和曝光時間與增益的比值中的一個或多個參數(shù)；
[0016]所述進(jìn)行多地物場景的衛(wèi)星成像模擬仿真實驗包括:對專業(yè)航空遙感相機(jī)的曝光時間、增益進(jìn)行控制，實現(xiàn)對所述多地物場景的成像；
[0017]所述對多地物場景的觀測模式參數(shù)耦合關(guān)系進(jìn)行分析，選擇多地物場景的觀測模式參數(shù)包括:對多地物場景的成像結(jié)果進(jìn)行綜合分析，評估信噪比，研究曝光時間與增益的關(guān)系，選擇使成像結(jié)果達(dá)到最佳信噪比和信息熵的多地物場景的觀測模式參數(shù)，包括曝光時間、增益和曝光時間與增益的比值中的一個或多個參數(shù)。
[0018]進(jìn)一步地，
[0019]所述信噪比為:用于說明圖像中有效信息和噪聲的比值:
[0020]SNR=LSDmaxLSDmin
[0021]其中SNR為信噪比，LSDmax為加噪后圖像中所有像素局部方差的最大值，LSDmin為加噪后圖像中所有像素局部方差的最小值；
[0022]所述信息熵為:用于說明圖像所具有的信息量:
【權(quán)利要求】
1.一種衛(wèi)星智能對地觀測庫模式獲取方法，其特征在于，包括: 對每一種單一地物場景進(jìn)行衛(wèi)星成像模擬仿真實驗，分析地物特性，選擇每一種單一地物場景的觀測模式參數(shù)； 進(jìn)行多地物場景的衛(wèi)星成像模擬仿真實驗，對多地物場景的觀測模式參數(shù)耦合關(guān)系進(jìn)行分析，選擇多地物場景的觀測模式參數(shù)； 根據(jù)所選擇的每一種單一地物場景和多地物場景的觀測模式參數(shù)，構(gòu)建衛(wèi)星智能對地觀測模式庫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星智能對地觀測模式庫獲取方法，其特征在于: 在所述對每一種單一地物場景進(jìn)行衛(wèi)星成像模擬仿真實驗之前還包括:研究每一種單一地物場景成像的光譜曲線特征，構(gòu)建背景知識庫； 所述對每一種單一地物場景進(jìn)行衛(wèi)星成像模擬仿真實驗包括:結(jié)合所述背景知識庫，對專業(yè)航空遙感相機(jī)的曝光時間、增益進(jìn)行控制，實現(xiàn)對所述每一種單一地物場景的成像； 所述分析地物特性，選擇每一種單一地物場景的觀測模式參數(shù)包括:對每一種單一地物場景的成像結(jié)果進(jìn)行綜合分析，評估信噪比，研究曝光時間與增益的關(guān)系，選擇使成像結(jié)果達(dá)到最佳信噪比和信息熵的觀測模式參數(shù)，包括曝光時間、增益和曝光時間與增益的比值中的一個或多個參數(shù)； 所述進(jìn)行多地物場景的衛(wèi)星成像模擬仿真實驗包括:對專業(yè)航空遙感相機(jī)的曝光時間、增益進(jìn)行控制，實現(xiàn)對所述多地物場景的成像； 所述對多地物場景的觀測模式參數(shù)耦合關(guān)系進(jìn)行分析，選擇多地物場景的觀測模式參數(shù)包括:對多地物場景的成像結(jié)果進(jìn)行綜合分析，評估信噪比，研究曝光時間與增益的關(guān)系，選擇使成像結(jié)果達(dá)到最佳信噪比和信息熵的多地物場景的觀測模式參數(shù)，包括曝光時間、增益和曝光時間與增益的比值中的一個或多個參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的衛(wèi)星智能對地觀測模式庫獲取方法，其特征在于: 所述信噪比為:用于說明圖像中有效信息和噪聲的比值:
SNR=LSDmaxLSDmin 其中SNR為信噪比，LSDniax為加噪后圖像中所有像素局部方差的最大值，LSDniin為加噪后圖像中所有像素局部方差的最小值； 所述信息熵為:用于說明圖像所具有的信息量: 其中，EN為信息熵，Pi為圖像中像素灰度值為i時的概率，η為圖像的最大灰度值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星智能對地觀測模式庫獲取方法，其特征在于: 所述單一地物場景包括:植被、土壤、水體、巖石和人工地物中的一個或多個地物場旦牙、； 所述多地物場景包括:兩兩組合的植被-土壤、植被-水體、植被-巖石、植被-人工地物、土壤-水體、土壤-人工地物、水體-巖石、水體-人工地物；三種組合的植被-土壤-水體、植被_ 土壤_巖石、植被_ 土壤-人工地物、植被_水體-巖石、植被_水體-人工地物、土壤-水體-人工地物；多種組合的植被-土壤-水體-人工地物中的一個或多個多地物場景。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的衛(wèi)星智能對地觀測模式庫獲取方法，其特征在于，所述方法還包括:根據(jù)所述衛(wèi)星智能對地觀測模式庫，結(jié)合任務(wù)優(yōu)先級、環(huán)境條件、地物對象判定中的一個或多個影響因素，綜合分析成像條件關(guān)聯(lián)和影響，確定最佳成像模式，選擇衛(wèi)星智能對地觀測模式庫中的最佳曝光時間和增益對地觀測成像。
6.一種衛(wèi)星智能對地觀測模式庫獲取系統(tǒng)，其特征在于，包括:順序連接的單一地物成像單元、多地物成像單元和模式庫構(gòu)建單元，其中: 單一地物成像單元，用于對每一種單一地物場景進(jìn)行衛(wèi)星成像模擬仿真實驗，分析地物特性，選擇每一種單一地物場景的觀測模式參數(shù)； 多地物成像單元，用于進(jìn)行多地物場景的衛(wèi)星成像模擬仿真實驗，對多地物場景的觀測模式參數(shù)耦合關(guān)系進(jìn)行分析，選擇多地物場景的觀測模式參數(shù)； 模式庫構(gòu)建單元，用于根據(jù)所選擇的每一種單一地物場景和多地物場景的觀測模式參數(shù)，構(gòu)建衛(wèi)星智能對地觀測模式庫。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的衛(wèi)星智能對地觀測模式庫獲取系統(tǒng)，其特征在于: 所述系統(tǒng)還包括:背景庫構(gòu)建單元，與所述單一地物成像單元相連，用于研究每一種單一地物場景成像的光譜曲線特征，構(gòu)建背景知識庫； 所述單一地物成像單元包括:第一成像子單元，用于結(jié)合所述背景知識庫，對專業(yè)航空遙感相機(jī)的曝光時間、增益進(jìn)行控制，實現(xiàn)對所述每一種單一地物場景的成像；第一參數(shù)選擇子單元，用于對每一種單一地物場景的成像結(jié)果進(jìn)行綜合分析，評估信噪比，研究曝光時間與增益的關(guān)系，選擇使成像結(jié)果達(dá)到最佳信噪比和信息熵的觀測模式參數(shù)，包括曝光時間、增益和曝光時間與增益的比值中的一個或多個參數(shù)； 所述多地物成像單元包括:第二成`像子單元，用于對專業(yè)航空遙感相機(jī)的曝光時間、增益進(jìn)行控制實現(xiàn)對所述多地物場景的成像；第二參數(shù)選擇子單元，用于對多地物場景的成像結(jié)果進(jìn)行綜合分析，評估信噪比，研究曝光時間與增益的關(guān)系，選擇使成像結(jié)果達(dá)到最佳信噪比和信息熵的多地物場景的觀測模式參數(shù)，包括曝光時間、增益和曝光時間與增益的比值中的一個或多個參數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的衛(wèi)星智能對地觀測模式庫獲取系統(tǒng)，其特征在于: 所述第一參數(shù)選擇子單元包括:第一信噪比模塊；所述第二參數(shù)選擇子單元包括--第二信噪比模塊；所述第一信噪比模塊和所述第二信噪比模塊用于利用如下公式計算成像信噪比:
SNR=LSDmaxLSDmin 其中SNR為信噪比，LSDniax為加噪后圖像中所有像素局部方差的最大值，LSDniin為加噪后圖像中所有像素局部方差的最小值； 所述第一參數(shù)選擇子單元包括:第一信息熵模塊；所述第二參數(shù)選擇子單元包括--第二信息熵模塊；所述第一信息熵模塊和所述第二信息熵模塊用于利用如下公式計算成像信息摘:
FM - — Y* η I οι?Λ 其中，EN為信息熵，Pi為圖像中像素灰度值為i時的概率，η為圖像的最大灰度值。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的衛(wèi)星智能對地觀測模式庫獲取系統(tǒng)，其特征在于: 所述單一地物場景包括:植被、土壤、水體、巖石和人工地物中的一個或多個地物場旦 牙、； 所述多地物場景包括:兩兩組合的植被-土壤、植被-水體、植被-巖石、植被-人工地物、土壤-水體、土壤-人工地物、水體-巖石、水體-人工地物；三種組合的植被-土壤-水體、植被_ 土壤_巖石、植被_ 土壤-人工地物、植被_水體-巖石、植被_水體-人工地物、土壤-水體-人工地物；多種組合的植被-土壤-水體-人工地物中的一個或多個多地物場景。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項所述的衛(wèi)星智能對地觀測模式庫獲取系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括: 成像單元，與所述模式庫構(gòu)建單元相連，用于根據(jù)所述衛(wèi)星智能對地觀測模式庫，結(jié)合任務(wù)優(yōu)先級、環(huán)境條件、地物對象判定中的一個或多個影響因素，綜合分析成像條件關(guān)聯(lián)和影響，確定最佳成像模式，選擇衛(wèi)星智能對地觀測模式庫中的最佳曝光時間和增益對地觀測成像。
【文檔編號】G01N21/31GK103576165SQ201310553557
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】張立福, 吳太夏, 段依妮, 孫雪劍, 劉佳, 岑奕, 楊杭, 王樹東 申請人:中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所