载荷性能指标及影响因素分析

随着遥感成像技术的不断发展，星载遥感器系统变得越来越复杂，正向着具有更高空间分辨率、光谱分辨率和辐射分辨率的方向发展，特别是高光谱遥感技术的出现，其数据质量和产品真实性受载荷技术指标、平台参数、辐射传输过程及各种检测/分类算法等多种因素的影响。而目前的成像系统设计都综合考虑在成本、研制周期及降低风险的限制下获得最优的数据质量。因此，星载高光谱遥感器的设计、评价和遥感任务预测面临一系列的挑战。我国已经将星载高光谱成像仪立项，高光谱遥感图像作为一种产品，对其质量的评价，必将随着高光谱遥感图像应用的进一步深入而引起越来越多的关注；此外，我国发射的卫星载荷普遍存在上星后载荷性能退化严重等问题，影响了载荷数据的有效应用。如何在上星前将载荷设计、应用潜力预测和评价相结合，获得高质量且满足应用部门需求的遥感数据是当前高光谱遥感应用亟待解决的关键技术之一。

针对影响高光谱数据质量的各种因素，从辐射质量要素、几何质量要素、光谱质量要素等方面展开详细的分析与研究；针对各个要素包含指标的释义、模型、影响环节等展开了详细的分析与总结，为后续高光谱数据质量与应用能力评价模型的建立奠定了良好的技术基础。

241 辐射质量要素

2411 辐射定标精度

（1）说明/释义

辐射定标包括相对辐射定标与绝对辐射定标。相对定标精度即（提升）遥感探测器元件归一化的精度，目的是为了校正遥感器中各个探测器元件响应度的差异，对遥感器测量到的原始数字值进行归一化处理，相对定标精度由相对定标过程中的各种参数测量、计算产生的不确定度得到；绝对辐射定标是建立遥感器记录的数字信号与相应的辐射能量之间对应关系的模型。定标精度指的是绝对定标过程中各种参数测量产生的不确定度。

相对定标精度计算如下：

高光谱遥感技术原理及矿产与能源勘查应用

式中：DNcal-i为相对定标后的探测元件数字值；DNraw-i为原始探测器元件采集的数字值；Bi 为第i个探测元件归一化后的偏置值，即归一化的暗电流；NG i 为第i个探测元件归一化后的增益值。

高光谱遥感技术原理及矿产与能源勘查应用

式中：ε相对定标为相对定标精度；ε1，ε2，…，εn为n个不确定度/误差。

绝对定标精度计算如下：

Rad ＝ A·DN ＋ B （26）

式中：Rad为辐亮度；A为增益系数；B为偏置；DN为仪器记录的数字值。

高光谱遥感技术原理及矿产与能源勘查应用

式中：ε绝对定标为不确定度平方和的根；ε1，ε2，…，εn为测量过程中的各不确定度。

（2）影响因素

影响相对定标精度的因素包括：地物反射特性的均一性与稳定性、大气的吸收与散射、平台的稳定度与指向精度、探测器响应特性、地面平坦度、成像区域覆盖范围、太阳高度角、地物均值与方差的估计、区域选择等。

影响绝对定标精度的因素包括：大气光学厚度计算与测量误差、地面反射率测量误差、地物BRDF特性分析与测量、大气模式/大气吸收与垂直分布、探测器的响应特性（灵敏度、稳定性、均匀性等）、地表朗伯特性、定标环境、测量方法的不确定性等。

2412 动态范围

（1）说明/释义

传感器的动态范围是指传感器可以线性响应的入射辐亮度范围，即遥感器的探测器件从线性输出开始到达饱和的响应范围。理想的遥感器系统应该是线性的，探测器线性响应区的下限由噪声水平等决定，上限与探测器的阱深相对应。

［DNmin，DNmax］或［Rmin，Rmax］即为动态范围。

（2）影响因素

影响探测器的因素包括暗电流/低电平、阱深、响应函数等。动态范围一般通过在图像中找到明暗两种目标，然后根据定标系数与原始图像数据，计算两类明暗目标的反照率/辐亮度，然后外推得到当图像饱和时图像数据目标的反照度/辐亮度。因此，定标精度和明暗目标辐亮度的计算、拟合、外推方法也是影响动态范围估计的主要因素。

2413 信噪比

（1）说明/释义

信噪比是指输出信号与噪声的电压比值或输出信号与噪声的功率比值。当利用图像进行信噪比估计时，采用图像均值与方差的比值进行SNR估计。SNR计算方法主要包含以下两种方法：

A：

高光谱遥感技术原理及矿产与能源勘查应用

式中：B（λ）为入射的光谱辐亮度（已转换为电子数）； 为散粒噪声方差； 为定标噪声方差； 为读出噪声方差； 为量化噪声方差。

B：

SNR＝mean/std （29）

式中：mean为图像均值；std为图像标准差。

（2）影响因素

影响系统SNR的主要因素为目标地物反射特性、大气透过率、能见度、光学系统透过率、衍射效率、探测器积分时间、量子效率、太阳高度角等。一般情况下，利用图像进行SNR估计的主要方法如下：选择均匀地物场景的图像进行均值与方差的计算得到SNR；也可以在同一地区选择地物反射特性类似的区域多次成像（成像时间接近），取多个SNR的平均值；也可以用该方法估计不同地区、不同地物、不同观测条件下的SNR。因此，估计方法选取、区域选取等也是影响系统 SNR 的主要因素。

242 几何质量要素

2421 调制传递函数

（1）说明/释义

调制传递函数反映遥感器（或图像）的光学对比度与空间频率的关系，是成像系统对所观察景物再现能力的度量。把成像物体看作是由各种空间频率组成的谱的形式，频率大小不同的成分经过成像系统调制后的下降程度也不同，描述各个空间频率调制度下降程度的函数称为调制传递函数（MTF）。从图像上可以利用点扩散函数/线扩散函数/边缘调制度等实现MTF的检测。

计算公式如下：

MTF ＝图像的调制度 /目标的调制度 ＝ Mi /M （210）

（2）影响因素

MTF主要影响因素包括：大气的光学湍流效应、气溶胶等散射；探测器单元尺寸、电子学的结构与工作方式、光学系统结构与性能、平台的运动与振动、探测器的采样、量化、衍射效率、探测器像元配准精度；观测距离/观路径长度；处理方法/MTF检测方法。

2422 空间分辨率

（1）说明/释义

光学遥感系统的空间分辨率是指与探测器单元对应的最小地面尺寸，地面分辨率（GSD）描述遥感器能区分两个相邻目标地物之间的最小距离，即遥感器单个探元所对应的地面投影尺寸。

计算公式如下：

高光谱遥感技术原理及矿产与能源勘查应用

式中：a为探元尺寸；H为卫星轨道高度；f为遥感器焦距。

（2）影响因素

影响因素主要包括：大气点扩散函数、探测器器件尺寸及性能、卫星平台高度、观测角度地形起伏。

243 光谱质量要素

2431 光谱中心波长位置

（1）说明/释义

光谱中心波长位置是指某一光谱通道上，光谱响应函数峰值所对应的光谱波长位置，单位一般为nm，μm。

计算公式如下：

λ ＝ λ0｛λ0maxf（λ）｝（212）

（2）影响因素

研制阶段：光栅分光器件的光栅常数、闪耀级次、闪耀波长及衍射角（光栅分光器件性能）、狭缝宽度，探测器单元尺寸与响应灵敏度、光机结构、光学系统成像质量、仪器噪声水平、光谱响应函数测量仪器与环境性能等。

在轨阶段：系统分光器件性能衰减、探测器与分光器件结构变化、大气廓线临边测量的准确性或选择的地物矿物光谱特征的稳定性，光谱定标精度或光谱定标过程中的不确定性。

数据处理阶段：光谱响应函数拟合策略与光谱中心波长估算方法。

2432 光谱分辨率（波段光谱响应）

（1）说明/释义

光谱曲线上能够区分开的两个相邻波长的最小光谱间隔，其单位和波长的单位一致，一般为nm，μm。通常采用半高宽表征光谱分辨率。

计算公式如下：

Δλ ＝ λ2-λ1 （213）

式中：λ2 ，λ1 分别对应波段光谱响应下降到光谱最大响应值的50% 时的波长位置/大小。

（2）影响因素

研制阶段：光栅分光器件的光栅常数、闪耀级次、闪耀波长及衍射角（光栅分光器件性能）、狭缝宽度、探测器单元尺寸与响应灵敏度、光机结构、光学系统成像质量、仪器噪声水平、光谱响应函数测量仪器与环境等。对于干涉型高光谱成像仪，两个干涉光束间的最大光程差对光谱分辨率具有决定性的作用。

在轨阶段：系统分光器件的性能衰减、探测器与分光器件结构变化、大气廓线临边测量的准确性或选择地物矿物光谱特征的稳定性。

数据处理阶段：光谱响应函数拟合策略与光谱分辨率计算方法。

通信有效载荷包括通信转发器和通信天线。 通信转发器由微波接收机、接收机预选器、输入多工器、步进衰减器、固态放大器(行波管放大器)、输出多工器及切换开关等组成。

东方红三号卫星采用极化隔离技术使频率复用。每个转发器带宽为36MHz，保护带宽4MHz。垂直极化配置12个转发器，水平极化配置12个转发器。 遥测选用可变格式的编码遥测。在通常情况下，以一种常规格式进行测量和传输。有特殊要求时，可由地面指令控制，切换到所需要的遥测格式上，只对选定的某些参数进行巡回检测，其他参数不予传输。

MODIS数据介绍

中分辨率成像光谱仪(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer) -MODIS是Terra和Aqua卫星上搭载的主要传感器之一，两颗星相互配合每1-2天可重复观测整个地球表面，得到36个波段的观测数据，这些数据 将有助于我们深入理解全球陆地、海洋和低层大气内的动态变化过程，因此，MODIS在发展有效的、全球性的用于预测全球变化的地球系统相互作用模型中起着 重要的作用，其精确的预测将有助于决策者制定与环境保护相关的重大决策。

MODIS自2000年4月开始正式发布数据，NASA对MODIS数据以广播X波段向全球免费发送，我国目前已建立了数个接收站并分别于2001年3月 前后开始接收数据。由于NASA对MODIS数据实行这种全球免费接收的政策，使得MODIS数据的获取十分廉价和方便。

一下这个是转自http://hibaiducom/wyf86/blog/item/b2b8ddfcb4c7fef5fc037fdfhtml

MODIS标准数据产品根据内容的不同分为0级、1级数据产品，在1B级数据产品之后，划分2－4级数据产品，包括：陆地标准数据产品、大气标准数据产品和海洋标准数据产品等三种主要标准数据产品类型，总计分解为44种标准数据产品类型。它们分别是：

1、MODIS L0数据是对卫星下传的数据报解除CADU外壳后，所生成的CCSDS格式的未经任何处理的原始数据集合，其中包含按照顺序存放的扫描数据帧、时间码、方位信息和遥测数据等。

2、LlA数据是对L0数据中的CCSDS包进行解包所还原出来的扫描数据及其他相关数据的集合

3、LlB数据是对LlA数据进行定位和定标处理之后所生成，其中包含以sI(Scaled Integer)形式存放的反射率和辐射率的数据集。LlB代码读取LlA代码解包产生的DN数据集(EV SD SRCA BB SV)以及定标查找表LUT(LookUp Table)作为输入，分别对太阳反射波段RSB和热辐射波段TEB进行定标处理。定标计算所使用的参数可以从MODIS支持组MCST所定期发布的LUT文件中得到。传感器DN数值按照BDSM(Band，Detector，Sub-frame，Mirror．side)索引。

4、L2～L4是对LlB数据进行各种应用处理之后所生成的特定应用数据产

“我们正在提议在大型欧洲着陆器上使用LunART通讯平台，该平台将支持通过微波波段中的业余无线电频率与地球进行直接通信，支持大学和学生的有效载荷直接访问他们的实验，并使Radio Science可以用于庞大的全球无线电社区的业余无线电爱好者和科学家。它还将在紧急情况下或ESA网络繁忙时（例如在非关键时期）提供重要的备份通信功能和容量。

目标位置/着陆点

请定义着陆点目标位置。

没有任何限制，只有一条良好的地球视线，可以直接进行月月地球通信。

任务期限

请以月为单位定义任务的持续时间。

48个月

请说明您的想法如何适合ESA探测计划（即ESA月球科学战略，ESA空间资源战略和/或总体欧洲勘探信封计划（E3P）规划）。

请定义着陆器将为您的有效载荷提供哪些服务（例如，仪器部署，夜间生存等）。

请在已知的地方提供简短的有效负载描述，并评估与着陆器的接口（例如质量，体积，功率，通信/数据等）。

热控制以确保温度不低于-10°C。

掉电/睡眠模式是可能的

总线电压：1248V非稳压（TBD）或稳压，可切换

功率：100W

控制输出：正常/睡眠模式/（关闭电源）

S波段上行链路（24 GHz，业余卫星波段）

X / Ka波段下行链路（105 GHz，业余卫星频段）

与地球粗调，高增益和低增益

VHF / UHF（145MHz / 435 MHz，业余卫星频段，全方位，可选）

宽带低增益天线Vivaldi适用于各种信标信号

其他中学和大学有效载荷的数据总线（TBD）

用于着陆器TTC / TM通信的备用接口，用于任务的紧急或非关键阶段。

source: https://ideasesaint/servlet/hype/IMTuserAction=Browse&templateName=&documentId=81f70b2b01f6993c1b76fb6b572ee6c5

“ 风云三号”卫星质量为22985千克，将采用三轴稳定姿态控制方式。它是瞄准国际先进技术水平而设计的卫星，技术含量高、系统复杂、研制难度大，是国内投资最大、功能最强的对地观测卫星。风云三号卫星装载有扫描辐射计、红外分光计、微波温度计、微波湿度计、中分辨率光谱成像仪、微波成像仪、紫外臭氧总量探测仪、紫外臭氧垂直探测仪、地球辐射探测仪、太阳辐射监测仪和空间环境监测仪等11台有效载荷。

减轻卫星载荷硬件的重量可以从以下几个方面。

1、材料选择：卫星载荷硬件的材料应该尽可能选择轻量化、高强度的材料，例如碳纤维复合材料、铝合金等。这些材料相对于传统材料具有更轻的重量和更高的强度，可以有效降低卫星的总重量。

2、设计优化：通过对卫星载荷硬件的设计进行优化，可以有效减轻卫星的重量。例如，在保证质量和性能的前提下，可以采用更小的尺寸和更简单的结构来减少重量。

3、功能整合：卫星载荷硬件的功能可以整合到同一硬件模块中，以减少卫星所需的不同部件数量。这样不仅可以减轻卫星的总重量，还可以减少对卫星空间的占用。

4、精简工艺：卫星载荷硬件的制造工艺应该尽可能精简。例如，可以采用3D打印等先进工艺，以减少材料浪费和生产成本。同时，还可以避免使用过多的连接器、紧固件等不必要的部件，从而减轻卫星的总重量。