本发明涉及一种高光谱遥感载荷在轨mtf分析方法，特别涉及一种多狭缝色散型高光谱遥感载荷在轨mtf分析方法。
背景技术：
1、高光谱成像技术作为新兴的光学遥感技术，在短短几十年里发展迅速。其特点是可以获取地物的光谱数据立方体。光谱数据立方体包含二维空间纹理信息及一维光谱信息，其中光谱信息又称“地物指纹”，不同地物具有不同的光谱特性，可以据此对不同地物进行分类和定量化分析。
2、高光谱遥感载荷相比全色、多光谱载荷结构设计复杂、指标参数众多，在轨数据质量评价项目多。其中，高光谱遥感载荷在轨mtf(调制传递函数)是其核心数据质量评价指标之一，表征着高光谱遥感图像各谱段清晰程度。在轨mtf不仅与高光谱遥感载荷自身参数相关，还受在轨变化因素、卫星平台成像因素、大气因素、数据重构方法等多种因素影响，因此综合考虑这些因素才能获取较准确的在轨mtf分析评估结果。
3、虽然高光谱遥感载荷能获取数十甚至上百个谱段的遥感影像，但是受光学系统口径、入瞳能量的影响，单个谱段的信噪比通常较低，从而很难同时获取高空间分辨率和高光谱分辨率数据。相比传统单狭缝色散成像的高光谱遥感载荷，多狭缝色散成像作为新型成像体制，可以通过多狭缝光谱数据重构有效的提升信噪比，如图2所示。然而，多狭缝光谱数据重构在有效提升信噪比的同时，由于亚像素像移误差等因素，重构后的光谱数据存在较大mtf衰减风险，因此多狭缝色散型高光谱遥感载荷在轨mtf分析对基于多狭缝色散成像体制的高光谱遥感载荷具有重要作用。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种多狭缝色散型高光谱遥感载荷在轨mtf分析方法，以解决基于多狭缝色散成像体制的高光谱遥感载荷多狭缝光谱数据重构时，由于亚像素像移误差等因素，重构后的光谱数据存在较大mtf衰减风险，因而需要获取较准确的在轨mtf分析评估结果的技术问题。
2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
3、一种多狭缝色散型高光谱遥感载荷在轨mtf分析方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
4、步骤1：分析高光谱遥感载荷静态mtf，根据高光谱遥感载荷自身参数，计算高光谱遥感载荷静态mtf；
5、步骤2：分析辐射传输全链路中各因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响，得到辐射传输全链路中各因素分别对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子；
6、步骤3：根据步骤1中计算得到的高光谱遥感载荷静态mtf和步骤2中得到的辐射传输全链路中各因素分别对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子，计算得到综合辐射传输全链路中各因素后的高光谱遥感载荷在轨mtf，分析完成。
7、进一步地，步骤1中根据高光谱遥感载荷自身参数，计算高光谱遥感载荷静态mtf时，以高光谱遥感载荷中光学系统mtf光学系统为基准，以光学加工装调mtf加工装调、ccd探测器mtfccd以及电子学线路mtf电子学线路为对光学系统mtf光学系统的影响因子进行计算，具体如式[1]所示，式[1]为：
8、mtf静态＝mtf光学系统×mtf加工装调×mtfccd×mtf电子学线路[1]；
9、式[1]中：mtf静态表示高光谱遥感载荷静态mtf；mtf光学系统由光学设计软件给出；mtf加工装调由加工装调精度决定，为经验值；mtfccd由探测器生产厂家给出；mtf电子学线路由限制噪声的放大器带宽决定，为经验值。
10、进一步地，步骤2中所述辐射传输全链路中各因素包括按辐射传输物理过程依次排布的在轨变化因素、卫星平台成像因素、大气因素以及多狭缝重构的数据重构方法因素，所述步骤2包括以下步骤：
11、步骤2.1：分析在轨变化因素中各因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响，得到在轨变化因素中各因素分别对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子；
12、步骤2.2：分析卫星平台成像因素中各因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响，得到卫星平台成像因素中各因素分别对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子；
13、步骤2.3：分析大气因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响，得到大气因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子；
14、步骤2.4：分析多狭缝重构的数据重构方法因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响，计算多狭缝重构的数据重构方法因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子。
15、进一步地，步骤2.1中分析在轨变化因素中各因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响时，所述在轨变化因素包括杂光、调焦、微振动以及空间力/热因素；所述步骤2.1包括：
16、2.1.1：所述杂光是指未经过设计的成像光路而直接进入探测器靶面的杂光；杂光因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子采用式[2]计算，式[2]为：
17、
18、式[2]中：mtf杂光表示杂光因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子；g表示杂光系数；
19、2.1.2：所述调焦是指搭载在卫星平台上的高光谱遥感载荷入轨时需要将高光谱遥感载荷焦面位置调整到成像需要位置；调焦因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子由调焦精度决定，为经验值；
20、2.1.3：所述微振动是指在轨运动设备工作时会造成卫星平台整体或局部出现微振动，导致搭载在卫星平台上的高光谱遥感载荷在成像时间内抖动，降低成像质量；微振动因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子采用式[3]计算，式[3]为：
21、
22、式[3]中：mtf微振动表示微振动因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子；f1表示图像空间频率；v表示图像振动速度；te表示曝光时间；
23、2.1.4：所述空间力/热因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响在于光学系统受发射环境、重力场变化、温度场变化因素的影响，产生位置误差和面形误差；空间力/热因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子通过将高光谱遥感载荷入轨后各光学元件的在轨面形变化及刚体位移变化量代入光学设计模型中计算得到。
24、进一步地，步骤2.2中分析卫星平台成像因素中各因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响时，所述卫星平台成像因素包括卫星平台姿态稳定度、推扫成像、积分时间以及偏流角校正因素；所述步骤2.2包括：
25、2.2.1：卫星平台姿态稳定度因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响体现在其产生的亚像素像移误差对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响；计算卫星平台姿态稳定度因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子时，先计算卫星平台姿态稳定度因素产生的亚像素像移误差，然后采用刃边图像仿真分析法得到卫星平台姿态稳定度因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子；
26、卫星平台姿态稳定度因素产生的亚像素像移误差通过式[4]计算，式[4]为：
27、δd姿态稳定度＝ω×f×ti[4]；
28、式[4]中：δd姿态稳定度表示卫星平台姿态稳定度因素产生的亚像素像移误差；ω表示姿态漂移角速度；f表示焦距；ti表示积分时间；
29、2.2.2：推扫成像因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子为经验值；
30、2.2.3：积分时间因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响体现在积分时间的设置上，同一探测器采用相同积分时间设置，探测器积分时间设置以探测器中心位置为准，在探测器边缘位置的积分时间和搭载在卫星平台上的高光谱遥感载荷速高比存在不匹配，导致边缘点地面分辨率存在差异，进而对高光谱遥感载荷在轨mtf产生影响；积分时间因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子通过式[5]计算，式[5]为：
31、
32、式[5]中：mtf积分时间表示积分时间因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子；r1、r2分别表示左、右边缘视场地面分辨率；
33、2.2.4：所述偏流角校正是指控制卫星平台在偏航轴不变的前提下，改变卫星平台滚动轴的方向，以消除卫星平台与被摄目标点的相对运动方向在卫星平台俯仰轴上的分量，使探测器的法线方向与被摄目标点的运动方向重合；
34、偏流角校正因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响体现在其产生的亚像素像移误差对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响；计算偏流角校正因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子时，先计算偏流角校正因素产生的亚像素像移误差，然后采用刃边图像仿真分析法得到偏流角校正因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子；
35、偏流角校正因素产生的亚像素像移误差通过式[6]计算，式[6]为：
36、δd偏流角校正＝l×tanθ[6]；
37、式[6]中：δd偏流角校正表示偏流角校正因素产生的亚像素像移误差；l表示探测器积分级数；θ表示偏流角校正误差。
38、进一步地，步骤2.3中分析大气因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响时，通过大气校正软件对不同大气参数条件下的真实高光谱遥感影像校正前、后的mtf对比，得到大气因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子，具体为：
39、先设置大气校正软件参数，然后利用大气校正软件对真实高光谱遥感影像进行大气校正，再利用mtf评价方法，计算得到大气校正软件校正前mtf值和大气校正软件校正后mtf值，则大气因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子通过式[7]进行计算，式[7]为：
40、
41、式[7]中：mtf大气表示大气因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子；m0表示大气校正软件校正前mtf值；m1表示大气校正软件校正后mtf值。
42、进一步地，步骤2.4中分析多狭缝重构的数据重构方法因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响时，所述多狭缝重构的数据重构方法因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响体现在因不同狭缝光谱图像数据像移引起高光谱遥感载荷在轨mtf衰减；引起所述不同狭缝光谱图像数据像移的像移因素包括多个沿轨方向像移因素和多个垂轨方向像移因素；所述沿轨方向像移因素引起高光谱遥感载荷沿轨方向在轨mtf衰减；所述垂轨方向像移因素引起高光谱遥感载荷垂轨方向在轨mtf衰减；
43、步骤2.4中计算多狭缝重构的数据重构方法因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子时，包括分别计算所有沿轨方向像移因素综合后对高光谱遥感载荷沿轨方向在轨mtf的影响因子，和所有垂轨方向像移因素综合后对高光谱遥感载荷垂轨方向在轨mtf的影响因子；计算时，二者均按如下步骤进行计算：
44、步骤a：获取所有沿轨方向或垂轨方向像移因素引起的亚像素像移误差；
45、步骤b：将步骤a中获取的所有沿轨方向或垂轨方向像移因素引起的亚像素像移误差相加，得到所有沿轨方向或垂轨方向像移因素综合后的亚像素像移误差；
46、步骤c：根据步骤b中得到的所有沿轨方向或垂轨方向像移因素综合后的亚像素像移误差，采用刃边图像仿真分析法得到所有沿轨方向或垂轨方向像移因素综合后对高光谱遥感载荷沿轨方向或垂轨方向在轨mtf的影响因子。
47、进一步地，步骤2.4中：所述沿轨方向像移因素包括卫星平台姿态稳定度误差因素和狭缝间距误差因素；所述垂轨方向像移因素包括卫星平台姿态稳定度误差因素、偏流角误差因素、以及含光谱畸变的光学畸变误差因素。
48、进一步地，所述刃边图像仿真分析法包括以下步骤：
49、步骤a：构建空间分辨率为n×n像素的高分辨率理想刃边图像；所述n的数值取决于拟仿真的亚像素像移误差的数值和设定的原始刃边图像的空间分辨率n×n的数值；
50、步骤b：采用高斯模糊滤波模拟点扩散现象方式，对步骤a中构建的高分辨率理想刃边图像加模糊，得到高分辨率模糊刃边图像；加模糊时，高斯模糊核大小的选取应满足以下条件：使步骤d中得到的无亚像素像移误差降采样后刃边图像奈频处mtf值和有亚像素像移误差降采样后刃边图像奈频处mtf值均在单狭缝mtf指标值±单狭缝mtf指标值的十分之一范围内；
51、步骤c：根据拟仿真的亚像素像移误差和设定的原始刃边图像的空间分辨率n×n的数值，对步骤b中得到的高分辨率模糊刃边图像进行像移降采样，具体为：
52、若拟仿真的亚像素像移误差为δd，定义s＝n/n，则像移降采样时，先在步骤b中得到的高分辨率模糊刃边图像上位移δd×s个像素，然后再降采样至空间分辨率为n×n，得到无亚像素像移误差降采样后刃边图像和有亚像素像移误差降采样后刃边图像；
53、步骤d：采用刃边法分别计算绘制步骤c中得到的无亚像素像移误差降采样后刃边图像和有亚像素像移误差降采样后刃边图像对应的mtf曲线，得到无亚像素像移误差降采样后刃边图像奈频处mtf值和有亚像素像移误差降采样后刃边图像奈频处mtf值；
54、步骤e：根据拟仿真的亚像素像移误差，采用线性插值方法对步骤c中得到的有亚像素像移误差降采样后刃边图像进行亚像素像移误差校正，得到亚像素像移误差校正后的降采样后刃边图像；
55、步骤f：将步骤e中得到的亚像素像移误差校正后的降采样后刃边图像，与步骤c中得到的无亚像素像移误差降采样后刃边图像进行叠加重构；叠加重构时，模拟双狭缝重构中以一个狭缝为基准另一个狭缝向其叠加的过程，得到叠加重构后的降采样后刃边图像；
56、步骤g：采用刃边法计算绘制步骤f中得到的叠加重构后的降采样后刃边图像的mtf曲线，得到叠加重构后的降采样后刃边图像奈频处mtf值；
57、步骤h：将步骤g中得到的叠加重构后的降采样后刃边图像奈频处mtf值比上步骤d中得到的无亚像素像移误差降采样后刃边图像奈频处mtf值，其比值即为各因素因亚像素像移误差对高光谱遥感载荷对应方向在轨mtf的影响因子。
58、进一步地，所述步骤3包括以下步骤：
59、步骤3.1：计算高光谱遥感载荷沿轨方向总的在轨mtf和垂轨方向总的在轨mtf；
60、计算高光谱遥感载荷沿轨方向总的在轨mtf时，以步骤1中计算得到的高光谱遥感载荷静态mtf为基准，将其与步骤2中得到的辐射传输全链路中所有沿轨方向因素分别对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子进行连乘计算，具体如式[8]所示，式[8]为：
61、
62、式[8]中：mtf总沿轨表示高光谱遥感载荷沿轨方向总的在轨mtf；mtf调焦表示调焦因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子；mtf空间力/热表示空间力/热因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子；mtf姿态稳定度表示卫星平台姿态稳定度因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子；mtf推扫表示推扫成像因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子；mtf多狭缝重构-沿轨表示多狭缝重构的数据重构方法因素中所有沿轨方向像移因素综合后对高光谱遥感载荷沿轨方向在轨mtf的影响因子；
63、计算高光谱遥感载荷垂轨方向总的在轨mtf时，以步骤1中计算得到的高光谱遥感载荷静态mtf为基准，将其与步骤2中得到的辐射传输全链路中所有垂轨方向因素分别对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子进行连乘计算，具体如式[9]所示，式[9]为：
64、
65、式[9]中：mtf总垂轨表示高光谱遥感载荷垂轨方向总的在轨mtf；mtf偏流角表示偏流角校正因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响因子；mtf多狭缝重构-垂轨表示多狭缝重构的数据重构方法因素中所有垂轨方向像移因素综合后对高光谱遥感载荷垂轨方向在轨mtf的影响因子；
66、步骤3.2：根据步骤3.1中计算得到的高光谱遥感载荷沿轨方向总的在轨mtf和垂轨方向总的在轨mtf，将二者相乘后开方，即得到综合辐射传输全链路中各因素后的高光谱遥感载荷在轨mtf，具体如式[10]所示，式[10]为：
67、
68、式[10]中：mtf综合为综合辐射传输全链路中各因素后的高光谱遥感载荷在轨mtf；分析完成。
69、本发明的有益效果是：
70、(1)本发明的多狭缝色散型高光谱遥感载荷在轨mtf分析方法，为多狭缝色散型高光谱遥感载荷提供了一种有效的在轨成像全链路mtf分析方法，该方法综合考虑了高光谱遥感载荷自身参数以及辐射传输全链路中各因素对高光谱遥感载荷在轨mtf的影响，故采用本发明方法对多狭缝色散型高光谱遥感载荷在轨mtf的分析评估结果具有较高的精度；因此，本发明解决了基于多狭缝色散成像体制的高光谱遥感载荷多狭缝光谱数据重构时，由于亚像素像移误差等因素，重构后的光谱数据存在较大mtf衰减风险，因而需要获取较准确的在轨mtf分析评估结果的技术问题。
71、(2)本发明的多狭缝色散型高光谱遥感载荷在轨mtf分析方法，较全面的考虑了高光谱遥感载荷自身参数以及辐射传输全链路中各因素，包括在轨变化因素、卫星平台成像因素、大气因素以及多狭缝重构的数据重构方法因素对多狭缝色散型高光谱遥感载荷在轨mtf的影响；并且本发明中采用实测值、理论公式和图像仿真相结合的方法，对各因素影响的分析评估具有较强的适用性，可以根据在轨实际情况更新模型参数，对多狭缝色散型高光谱遥感载荷在轨mtf分析评估结果具有较高的精度。
72、(3)本发明中针对基于新型成像体制的多狭缝色散型高光谱遥感载荷的成像特点，提出了基于刃边图像仿真分析法的多狭缝重构像移误差对在轨mtf影响分析方法。
1.一种多狭缝色散型高光谱遥感载荷在轨mtf分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的多狭缝色散型高光谱遥感载荷在轨mtf分析方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的多狭缝色散型高光谱遥感载荷在轨mtf分析方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的多狭缝色散型高光谱遥感载荷在轨mtf分析方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的多狭缝色散型高光谱遥感载荷在轨mtf分析方法，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的多狭缝色散型高光谱遥感载荷在轨mtf分析方法，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的多狭缝色散型高光谱遥感载荷在轨mtf分析方法，其特征在于：
8.根据权利要求7所述的多狭缝色散型高光谱遥感载荷在轨mtf分析方法，其特征在于：
9.根据权利要求7或8所述的多狭缝色散型高光谱遥感载荷在轨mtf分析方法，其特征在于：
10.根据权利要求9所述的多狭缝色散型高光谱遥感载荷在轨mtf分析方法，其特征在于：
