基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验 第2部分：装备配置要求

ICS37.040V00/09团体标准T/CARSAFORMTEXTXXXXX—FORMTEXTXXXXFORMTEXT     基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验第2部分：装备配置要求Validationofhigh-resolutionsatelliteremotesensingcommonproductsusinglow-altitudeunmannedaerialvehicleobservations—Part2:Equipmentconfigurationrequirements（征求见稿）（本稿完成时间：2021年6月12日）FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX发布FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX实施中国遥感应用协会发布目  次前  言 II引  言 III1.范围 12.规范性引用文件 13.术语和定义 14.装备配置流程 35.传感器配置要求 36.云台配置要求 47.无人机配置要求 4附录A（资料性附录） 6附录B（资料性附录） 8参考文献 9前  言本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。《基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验》分为八个部分：——第1部分：总则——第2部分：装备配置要求——第3部分：光学遥感影像获取——第4部分：激光雷达数据获取——第5部分：组网观测——第6部分：多光谱、高光谱遥感影像与激光雷达数据预处理——第7部分：像元尺度相对真值获取——第8部分：相对真值质量控制本部分是第2部分。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本文件由中国遥感应用协会提出并归口。本标准起草单位：中国科学院地理科学与资源研究所、中国林业科学研究院资源信息研究所、中国科学院空天信息创新研究院、自然资源部卫星应用中心本标准主要起草人：陈鹏飞、廖小罕、吴骅、闻建光、肖晨超、钱永刚、唐洪钊、肖青、王东亮、田昕、叶虎平、刘见礼引  言目前我国已制定了一些有人机和无人机遥感影像获取相关标准，这些标准中有关于装备配置的相关内容。其中，涉及有人机遥感影像获取中装备配置的规范包括：《CH/Z3002—2010无人机航摄系统技术要求》、《DD2014-14机载成像高光谱遥感数据获取技术规程》等；涉及无人机遥感影像获取中装备配置的规范包括：《T/ZJCH0001-2019智能航空摄影测量无人机》、《CH/Z3005-2010低空数字航空摄影测量规范》。但这些标准主要针对测绘、地质调查等领域需求制定，单一的应用场景使得相应装备配置比较单一。不同高分卫星遥感共性产品的生产对时空谱角信息的需求不同，需要针对每种产品生产的特定需求选择不同类型的无人机遥感观测装备，已有的标准无法满足这一应用需求。本标准规定了基于低空无人机的不同高分卫星遥感共性产品真实性检验，对无人机遥感观测装备配置的基本要求。1 范围本标准规定了基于低空无人机对高分卫星遥感共性产品真实性检验中的装备配置流程、传感器配置要求、云台配置要求和无人机配置要求等技术要求。本标准适用于基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验中无人机装备配置。其它卫星数据产品的真实性检验可参照执行。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。CH/Z3002－2010无人机航摄系统技术要求T/ZJCH0001－2019智能航空摄影测量无人机3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1最大商载maximumpayload飞行器在正常飞行时可以承受所搭载设备的最大重量。3.2飞行控制系统flightcontrolsystem由飞控板、惯性导航系统、GPS接收机、气压传感器、空速传感器、转速传感器等硬件及配套的控制导航系统组成，用于无人机导航、定位和自动飞行控制的系统。[来源：CH/Z3002－2010,6.1、6.2，有修改]3.3云台pantiltplatform安装、固定传感器等任务载荷的支撑设备。3.4多光谱相机multibandcamera可获取光谱分辨率为波长十分之一数量级，光谱通道数在20个以内的光学成像传感器。3.5高光谱成像仪hyperspectralimager可获取光谱分辨率高于百分之一波长达到纳米（nm）数量级，光谱通道数多达数十甚至数百的光学成像传感器。[来源：CH/T14950－2009,3.14,有修改]3.6合成孔径雷达Syntheticapertureradar利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成较大的等效天线孔径的雷达。[来源：CH/T3015－2015,3.1]3.7激光雷达Lidar发射激光束并接收回波获取目标三维信息的系统。[来源：GB/T14950－2009，4.150]3.8红外热成像仪Thermalinfraredimager可获取波长范围在热红外谱区的成像传感器。3.9量化位数Quantizationbit存储每个像素所用的数字量化位数。3.10光谱定标spectralcalibration确定传感器各个光谱通道的峰值波长和光谱带宽的过程。[来源：GB/T31010－2014，3.2]3.11绝对辐射定标absoluteradiationcalibration将传感器记录的电压或数字值转换成绝对辐射亮度的过程。3.12相对辐射定标relativeradiationcalibration确定各探测器单元或探测器通道之间的输出响应不一致的过程。3.13峰值旁瓣比ratioofpeakvaluesidelobe主瓣峰值强度与最强旁瓣峰值强度之比。[来源：CH/T3015－2015,3.6]3.14积分旁瓣比ratioofintegralsidelobe主瓣能量与所有副瓣能量之比。[来源：CH/T3015－2015,3.7]3.15方位模糊比azimuthblurratio主瓣信号与通过天线旁瓣被雷达接收机接收到的对成像信号造成干扰的信号之比。[来源：CH/T3015－2015,3.8]3.16距离模糊比distanceblurratio模糊信号回波强度与主信号回波强度之比。是衡量系统距离模糊性的重要指标。[来源：CH/T3015－2015,3.9]3.17信噪比signal-noiseratio信号平均功率与噪声平均功率的比值。3.18速高比velocity-heightratio飞机地速与相对航高之比值。[来源：GB/T14950－2009，4.92]4.装备配置流程装备包含无人机、云台、传感器等主要部分。依据待检验高分遥感共性产品的时空谱角特征、飞行任务规划或特殊处置需求，按传感器、云台、无人机的先后顺序依次选择相应装备。其配置流程如图1所示。图1无人机装备配置流程5.传感器配置要求5.1传感器类型针对不同高分遥感共性产品生产所需光谱信息、空间信息、角度信息和时间信息，选择对应适宜传感器类型。基本要求如下，具体参见附录A。参考各种反演算法精度和高分卫星遥感共性产品生产依托的传感器类型，所选无人机传感器类型应满足其获取数据支撑的反演算法的精度不低于相应高分卫星遥感共性产品生产所用反演算法精度，且传感器成像方式宜与高分卫星传感器类型一致。无法一致时，可选择其他类型或其他成像方式的传感器，但获得的无人机遥感产品精度应不低于卫星遥感产品。单个传感器不能覆盖高分卫星传感器的所有波段，可组合多传感器以覆盖高分卫星传感器的所有波段。5.2传感器性能针对不同高分遥感共性产品真实性检验所选的无人机传感器类型，其性能需满足一定要求，以保证获取遥感数据精度或相同算法下反演产品精度要优于对应卫星遥感共性产品精度。基本要求如下，具体参见附录B。针对5.1所选DOM、DSM、地表反射率、归一化离水辐射率、雷达后向散射系数、地表发射率、地表温度、海洋温度、土壤热通量、光合有效辐射、下行短波辐射、下行长波辐射、地表净辐射、植被指数、叶面积指数、植被覆盖度、光合有效辐射吸收比例、植被净初级生产力、植被叶绿素含量、叶绿素荧光、森林地上生物量、森林树高、土壤水分、蒸散发、干旱指数、雪被指数、水体悬浮物浓度、水体叶绿素浓度、水体透明度等定量产品真实性检验的无人机传感器类型，其信噪比等性能指标应不低于相应高分卫星传感器在轨定标参数，以保证遥感数据获取的精度。针对5.1所选土地覆盖、土地利用、水体面积、冰川覆盖、积雪覆盖等定性产品真实性检验的无人机传感器类型，其信噪比等性能指标宜不低于相应高分卫星传感器在轨定标参数，至少保证相同算法下反演产品精度要优于对应卫星遥感共性产品精度。c）对于需要无人机组网观测的高分卫星遥感共性产品，不同无人机搭载的传感器必需保证性能指标的一致性，宜选同款传感器进行组网观测。5.3传感器控制传感器控制系统指控制与管理传感器的装置，由软硬件组成，对其主要功能要求如下：a）传感器控制系统可单独配置，也可与飞控系统一体化设计；b）传感器具备触发、等时间间隔、等距离间隔控制功能；c）传感器能实时记录影像获取时的经度、纬度、高度、横滚角、俯仰角、航向角等数据。5.4传感器待机时间针对自供电传感器，满电状态下持续工作时间不宜小于30min。6.云台配置要求根据不同高分卫星遥感共性产品真实性检验任务需求，基于传感器选择适配云台。若需多传感器或多角度无人机数据时，宜选配能同时搭载多传感器或可调节成像角度的云台。云台应具有三轴（俯仰，横滚，偏航）增稳特征，无人机飞行过程中，角度抖动量宜小于±0.02°；云台转动范围宜至少满足-90°~+30°之间（俯仰）、0~360°（水平）；云台转动速度宜满足不低于130°/s；云台体积不易过大，以恰能固定传感器为宜。7.无人机配置要求7.1.无人机机型针对不同高分卫星遥感共性产品真实性检验，所选适用无人机机型需与传感器重量及数据获取能力相匹配。激光雷达优选旋翼无人机；多光谱相机、高光谱成像仪、红外热像仪和合成孔径雷达应根据不同的飞行任务对地形、速高比、商载和续航能力的要求来选择固定翼无人机或旋翼无人机。7.2.最大商载针对不同高分卫星遥感共性产品真实性检验，综合考虑所选适用传感器、云台的类型和重量，所选无人机的最大商载需大于传感器重量与云台重量之和。7.3飞行高度无人机最大航高应满足飞行任务的需求，宜不低于120m。7.4飞行速度无人机飞行速度应满足不同高分遥感共性产品真实性检验对速高比的需求，基本要求如下：a)对于搭载多光谱相机、高光谱成像仪、红外热像仪和合成孔径雷达的无人机，旋翼无人机的速度宜在28~55km/h；固定翼无人机的速度宜在60~160km/h；b)对于搭载激光雷达的无人机，其最小飞行速度应确保激光雷达扫描仪产生的点云密度要求。7.5续航时间续航时间不低于30min。7.6抗风能力至少具有4级风力气象条件下安全飞行的能力。对于多风区，应选择抗风能力强的无人机。7.7工作环境温度无人机的抗寒和耐高温能力应与待检验区的环境温度相匹配，一般要求可在-10℃至40℃之间安全飞行。7.8飞行控制系统无人机飞控系统需要满足一定要求，以保证数据获取的稳定性、准确性以及飞行安全，基本要求如下：a）采用RTK定位系统，支持厘米级精度；b）具有作业飞行数据实时记录存储设备，能采集电池电压、GPS导航定位、空速等信息；c)具有电子围栏功能；d）系统应具有自检测功能；e）至少具备全自动飞行作业和手动操控作业两种操控功能；f）能实现飞行姿态的稳定控制，其精度满足：航高误差不大于5cm，横滚角误差不大于0.01°，俯仰角误差不大于0.01°，航向角误差不大于0.02°；g）可预置航线，航点间具备沿线飞行和斜坡飞行模式，能实现对飞行航迹的控制；h）飞行过程中，可实时响应地面监控站的遥控指令，改变飞行模式。附录A

（资料性附录）不同高分遥感共性产品真实性检验适用的无人机传感器类型 产品类别与级别共性产品产品生产所用高分卫星及载荷无人机适用传感器类型几何产品DOM高分1/2/4/6(全色/多光谱相机)/高分5(全谱段光谱成像仪)/高分7（双线阵多光谱相机）多光谱相机DSM高分7（激光雷达和双线阵多光谱相机）激光雷达和多光谱相机辐射基础产品地表反射率高分5（可见短波红外高光谱成像仪）高光谱成像仪归一化离水辐射率高分1/2/4/6(全色/多光谱相机)/高分5(全谱段光谱成像仪)/高分7（双线阵多光谱相机）多光谱相机/高光谱成像仪雷达后向散射系数高分3（合成孔径雷达）合成孔径雷达地表发射率高分5（可见短波红外高光谱成像仪）高光谱成像仪土地覆被/土地利用产品土地覆盖高分1/2/4/6(全色/多光谱相机)/高分5(全谱段光谱成像仪)/高分7（双线阵多光谱相机）多光谱相机/高光谱成像仪土地利用能量平衡参量产品地表反照率高分5（可见短波红外高光谱成像仪）高光谱成像仪地表温度高分5（全谱段光谱成像仪）红外热成像仪和多光谱相机/高光谱成像仪海洋温度土壤热通量高分5（全谱段光谱成像仪）光合有效辐射高分1/2/4/6(全色/多光谱相机)/高分5(全谱段光谱成像仪)/高分7（双线阵多光谱相机）多光谱相机/高光谱成像仪下行短波辐射下行长波辐射高分5（全谱段光谱成像仪）红外热成像仪和多光谱相机/高光谱成像仪地表净辐射植被参量产品植被指数高分1/2/4/6(全色/多光谱相机)/高分5(全谱段光谱成像仪)/高分7（双线阵多光谱相机）多光谱相机/高光谱成像仪叶面积指数植被覆盖度光合有效辐射吸收比例高分5（全谱段光谱成像仪）多光谱相机/高光谱成像仪植被净初级生产力高分1/2/4/6(全色/多光谱相机)/高分5(全谱段光谱成像仪)/高分7（双线阵多光谱相机）多光谱相机/高光谱成像仪植被叶绿素含量高分5（可见短波红外高光谱成像仪）高光谱成像仪叶绿素荧光森林地上生物量高分7（激光雷达和双线阵多光谱相机）激光雷达和多光谱相机森林树高水分参量产品土壤水分高分3（合成孔径雷达）合成孔径雷达蒸散发高分5（全谱段光谱成像仪）多光谱相机/高光谱成像仪干旱指数高分1/2/4/6(全色/多光谱相机)/高分5(全谱段光谱成像仪)/高分7（双线阵多光谱相机）多光谱相机/高光谱成像仪水体面积冰川覆盖积雪覆盖雪被指数水体悬浮物浓度水体叶绿素浓度水体透明度附录B

（资料性附录）不同类型传感器性能基本要求 传感器类型性能基本要求多光谱相机a）至少含蓝、绿、红、近红外四通道；b）绝对辐射定标精度，误差≤7%；c）相对辐射定标精度，误差≤3%；d）可见光光谱信噪比大于200，短波红外光谱信噪比大于150；e）帧频≥1/s（含所有通道）f)量化位数≥12bit。高光谱成像仪a)可见光光谱分辨率<5nm，短波红外光谱分辨率<10nm；b）光谱定标精度≤1nm；c）绝对辐射定标精度，误差≤7%；d）相对辐射定标精度，误差≤3%；e）可见光光谱信噪比大于200，短波红外光谱