航空长焦距斜视(LOROP)相机成像模型是其几何检校、大气折射和安置误差 改正的基础。通过分析LOROP相机的成像原理,剥离运动的摄影中心,构建了 其具有物理意义、可解的严格成像模型,通过模拟仿真验证了其正确性,为 相关研究提供了参考。理论分析和模拟测量表明光学系统与扫描镜 同时摆扫的系统具有无像旋的优点。理论分析了LOROP相机的控制情况, 结果表明穿轨扫描位置和像移补偿速度是与航速、航高正相关的非线性过程。

为了实际测量、验证光学遥感卫星的杂散光抑制能力, 分析某些特殊卫星的成像轨道和时间特点, 研制了一套基于7维大型机器人的光学遥感卫星杂散光扫描测试系统。根据卫星全年太阳照明几何条件, 通过建立的光束扫描子系统各机构的控制方程构建照明光束的扫描位置、方位角(-90°~+90°)和俯仰角(-29°~+42.5°), 精度分别达到10 mm、0.2°和0.1°。消光子系统采用反射率低于1.5%(400~1 600 nm)的材料和大消光比结构, 极黑目标模拟器消光比可达9.9×10-7。研制的光学遥感卫星杂散光扫描测试系统能够满足目前大部分光学遥感相机的杂散光测试、分析和验证要求。

基于太阳漫射板的星上定标方法是一种具有高精度、 高频次、 高效率等优点的独立定标方法, 是目前提高我国遥感定标精度的重要手段之一。 文章阐述了基于太阳漫射板的星上定标原理、 方法及实现过程, 建立了空间辐射标准, 同时给出了星上反射率定标物理模型。 分析定标物理模型发现, 影响星上定标不确定度最主要的因素是太阳漫射板BRDF实时量值的确定。 为此, 首先介绍了星上定标时机的选择, 根据所确定定标时机的太阳照明角度对太阳漫射板在实验室相应入射角度下的BRDF进行了测量。 通过对太阳漫射板从制作完成到星上使用寿命终结整个过程中各阶段的BRDF量值的监测及修正, 确保太阳漫射板定标时刻可为遥感器提供精确已知的辐射输入, 实现遥感器全寿命期的高精度星上定标。 最后, 结合国内对定标模型中相关参数项测量的不确定度水平, 按照测量不确定度评定的方法对基于太阳漫射板星上定标不确定度进行了预估, 可实现星上反射率定标不确定度优于2.03%, 绝对辐射定标方法不确定度优于2.04%。

为了模拟卫星在轨全年的太阳辐照情况, 检验、优化整星的杂散光抑制能力, 分析了光学载荷的在轨成像条件, 设计了一种基于7维扫描镜+2维折反镜+1维被测样件共计10维运动机构的扫描式氙灯太阳模拟器, 并建立了它们关于照明姿态和位置的控制方程, 完成了被测样件的空间环境模拟照明。实验表明, 对1 700 mm×2 700 mm的被测样件可实现方位角为-90°~+90°、俯仰角为-29°~+42.5°的模拟照明, 角精度分别可达0.2°和0.1°, 位置精度优于10 mm。该扫描式太阳模拟器可较精确地为部分卫星提供全年太阳照明空间环境模拟实验。

由于现有的双向反射分布函数(BRDF)测量装置多为3轴系统, 不能完全实现样品表面以上2π空间的全角度BRDF测量, 本文研制了新型BRDF测量装置。该新型装置采用高精密六轴串联机械手作为待测目标的定位机构, 使待测目标在测点进行三维转动;采用竖转台作为探测器探头的定位机构, 使探头指向绕测点进行一维转动, 从而形成4维转动以构建BRDF测量所需的4角几何关系。研制的装置可测量的入射和反射光束角度为: 方位角0~360°、天顶角0~70°;光谱可扫描区350~2 500 nm。BRDF测量过程由测控软件控制, 可高精度、无遮挡、全自动、快速地构建BRDF测量几何关系, 一次待测目标和探测器定位以及光谱扫描、传输、显示、存储平均用时约8 s, 测量不确定度优于2 5%(k=2)。

基于太阳漫射板+稳定性监视辐射计的星上定标方式能有效地提高遥感数据定量化水平，其中漫射板的双向反射分布函数(BRDF)定标精度是高精度星上定标的关键，BRDF绝对测量可实现漫射板的高精度定标。为解决高精度BRDF绝对测量的关键技术，设计了高亮度、高稳定度、高均匀性积分球光源；使用单色仪和单片探测器对大动态范围入射和反射辐亮度信号进行高精度探测，并利用锁相放大器对信号进行放大和采集；采用样品漫射板三维转动和三维平移及光源一维转动的组合运动形式，以高精密六轴串联机械手和中空分度盘分别作为样品漫射板和光源的定位机构，可高精度、无遮挡、快速地构建BRDF测量所需的几何关系。研制的装置可实现包括“平面外”在内的全角度BRDF绝对测量，可测量的入射、反射光束角度范围：天顶角为0°~75°、方位角为0°~360°，目前可测量的光谱范围为250~1700 nm，装置的BRDF绝对测量不确定度优于1%。

星上定标漫射板双向反射分布函数(BRDF)的测量不确定度直接影响着星上绝对辐射定标的精度。现有的BRDF测量装置难以在 功能和测量精度等方面满足星上定标漫射板BRDF测量的要求,在这样的背景下,建立了BRDF绝对测量系统。 该测量系统以高亮度、高均匀性积分球辐射源为照明光源、高精度串联式六轴机器人和中空分度 盘为BRDF转角主体、宽光谱大动态范围辐射计为光电信号探测单元,通过几何、电子等相关物理 量的高精度溯源及标校,实现了星上定标漫射板BRDF小于1%的测量不确定度。