一种模拟卫星对地观测教学装置及其工作方法

1.本发明属于遥感课程教学技术领域，具体涉及是一种模拟卫星对地观测教学装置及其工作方法。


背景技术：

2.遥感是指非接触的，远距离探测技术。一般是使用传感器对于物体的电磁波辐射的探测。遥感依靠传感器这类对于电磁波敏感的仪器，在远距离和非接触的情况下对地物进行探测。遥感通过人造地球卫星、航空等平台上的遥感仪器对地球表面实施感应的一种新技术。卫星遥感通过运行在地球轨道上的人造卫星，通过卫星上的传感器接收地球表面物体反射回来的电磁波，通过该信息的传输、存储、修正、识别地物来实现功能。
3.卫星遥感探测能够在短时间内，从空中以及宇宙对大范围内地区进行观测，并且可以从中获取大量的信息，这些宏观的影像对于地球资源和环境分析有着很高的作用。卫星遥感获取信息的速度快，周期短。因为卫星围绕地运转，能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料，以便更新原有资料，或根据新旧资料变化进行动态监测。例如，landsat系列卫星，每16天可覆盖地球一遍，中国高分系列卫星能够在短时间内覆盖全球。
4.在遥感科学与技术成为一级学科后，面对遥感科学与技术的日常教学工作，目前遥感科学与技术的教学形式上停留在简单的文字、图片的教学活动，缺少能够交互式的教学仪器来辅助教学。本发明为了解决卫星对地观测中的太阳光在大气环境中辐射传输过程、地物反射特征现象、数据采集活动和数据采集后处理过程的教学方式单一抽象的问题，通过“现象-传感-数据-处理-结果”一体化的一种模拟卫星对地观测教学装置，实现了遥感教学的卫星对地观测整个过程中，现象传感与结果分析的分屏投影的虚实结合教学方式，使学生在卫星遥感教学中获得沉浸式的学习方式。此发明在遥感教学中有着很大的发展前景。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种模拟卫星对地观测教学装置及其工作方法。
6.一种模拟卫星对地观测教学装置，包括框架、控制系统，以及安装在框架中的实体沙盘模型、卫星模拟模块、太阳光分光模拟模块和大气环境散射模拟模块。实体沙盘模型位于框架的底部。所述的太阳光分光模拟模块包括太阳光模拟器、分光棱镜、显示白板、第一图像传感器和第二图像传感器。太阳光模拟器安装在框架的顶部。所述的太阳光模拟器朝向分光棱镜。显示白板的安装位置与分光棱镜出光位置对应。第一图像传感器朝向显示白板。第二图像传感器朝向分光棱镜。第一图像传感器和第二图像传感器均与控制系统连接。
7.所述的卫星模拟模块包括陆地卫星模型、环境专用卫星模型、运动滑轨和第三图像传感器；水平设置的两根运动滑轨间隔固定在框架(s0)的中部；运动滑轨滑动连接有滑块；滑块由驱动组件驱动进行滑动；所述的陆地卫星模型和环境专用卫星模型均固定在滑块上；陆地卫星模型和环境专用卫星模型连接至控制系统；所述的第三图像传感器位于实
体沙盘模型的正上方，且高于运动滑轨；第三图像传感器连接至控制系统。
8.所述的大气环境散射模拟模块包括水雾发生装置、烟雾发生装置、激光光源和多个散射观察图像传感器。水雾发生器和烟雾发生器均安装在框架上，且朝向实体沙盘模型的上方；激光光源安装在框架上，并朝向实体沙盘模型。各散射观察图像传感器均安装在框架上，并从不同角度朝向实体沙盘模型的上方。各散射观察图像传感器均与控制系统连接。
9.作为优选，所述实体沙盘模型的顶部设置有地物模拟部分。地物模拟部分上模拟不同地物类型的区域采用其模拟的地物类型对应的材料。
10.作为优选，所述的地物模拟部分具有起伏结构，模拟不同类型地物的形状和相对位置关系。
11.作为优选，所述的地物类型包括水体、植被、建筑物和土壤。
12.作为优选，该模拟卫星对地观测教学装置还包括控制按键集成面板。控制按键集成面板用于对控制系统发送控制指令。
13.作为优选，所述的控制系统集成在带显示器的pc设备中；控制系统在显示器上提供带有控制按钮的交互界面。
14.作为优选，所述的实体沙盘模型上的不同地物的位置设置有多个模拟灯。
15.该模拟卫星对地观测教学装置的工作方法，包括分光现象演示方法、散射现象演示方法和卫星观测演示方法。
16.分光现象演示方法的具体过程如下：
17.所述的控制系统控制太阳光模拟器发出模拟太阳光；模拟太阳光照射在分光棱镜上；模拟太阳光在分光棱镜中分离出七彩光；七彩光离开分光棱镜后投射在显示白板上；第一图像传感器采集显示白板上的分光结果图像；第二图像传感器采集分光棱镜上的分光光路图像；控制系统分光结果图像和分光光路图像显示在交互界面上。
18.散射现象演示方法包括大气云雾模拟过程和大气烟雾模拟过程。大气云雾模拟过程和大气烟雾模拟过程分开进行或同时进行。
19.大气云雾模拟过程的具体过程如下：
20.所述的控制系统控制水雾发生装置向实体沙盘模型的上方释放水雾，模拟出大气云雾环境；控制系统控制激光光源发出激光照射到实体沙盘模型上；激光穿过水雾的过程中发生瑞丽散射现象；各散射观察图像传感器分别从不同角度采集实体沙盘模型上方的瑞丽散射图像，并将图像传输至控制系统；控制系统在交互界面上显示不同角度、不同波段的瑞丽散射图像且自动计算出云雾影响下不同角度、不同波段瑞丽散射的dn值并自动绘制不同角度的dn值曲线，展示到交互界面。
21.大气烟雾模拟过程的具体过程如下：
22.控制系统控制烟雾发生装置向实体沙盘模型的上方释放烟雾，模拟出大气烟雾环境；控制系统控制激光光源发出激光照射到实体沙盘模型上；激光穿过烟雾的过程中发生米氏散射现象；各散射观察图像传感器分别从不同角度采集实体沙盘模型上方的米氏散射图像，并将图像传输至控制系统；控制系统在交互界面上显示不同角度、不同波段的米氏散射的图像且自动计算出烟雾影响下不同角度、不同波段散射的dn值并自动绘制不同角度的dn值曲线，展示到交互界面。
23.卫星观测演示方法的具体过程如下：
24.所述的控制系统控制陆地卫星模型和环境专用卫星模型沿着运动滑轨滑动，模拟对地观测卫星在运行时的动态运行过程。根据实际卫星对地观测的遥感影像建立卫星对地观测的遥感影像库，在陆地卫星模型和环境专用卫星模型运动的同时，调用卫星遥感影像库的影像到交互界面上，模拟卫星对地物遥感图像采集活动；依据一些常见的对卫星遥感影像的处理方式，交互界面自动处理并显示所调用的卫星遥感影像不同处理方式的结果。根据实际不同的地物光谱数据建立地物光谱数据库，在交互界面显示地物光谱时调用不同地物光谱的数据且自动绘制不同地物光谱曲线；依据实际情况下，不同地物在光谱范围内不同波段的吸收率、反射率的不同，在实体沙盘模型中模拟的不同地物部分时，使用不同波段、不同亮度的led灯去代表不同地物实际情况下的特征反射率，从而模拟不同地物反射的特征现象。
25.作为优选，卫星模型对实体沙盘模型进行检测的过程中，控制水雾发生装置和/或烟雾发生装置启动，形成大气云雾环境和/或大气烟雾环境。
26.本发明的有益效果为：
27.1、本发明针对遥感教学中对地观测卫星的运行和地物光谱的数据的处理进行模拟，与遥感教学相结合，能够体现卫星运动、大气环境模拟、地物光谱数据处理的过程，提高遥感教学过程，学习者与卫星遥感全过程的交互，是一种针对遥感教学的新型教学用具。
28.2、本发明针对目前遥感课程教学过程中，展示“卫星-大气-地物”全过程的遥感教学模拟仿真，通过模拟卫星运动过程以及运动中的地物图像采集，模拟太阳光分光效果，模拟光进入大气环境后经过水雾、烟雾的散射现象和实时计算显示不同角度散射角度的dn值，模拟不同地物在不同波段的光谱特征，生动演示地物遥感的全过程；之后实时通过分屏投影在大屏上，通过专业软件进一步控制各模拟部分的运行以及显示实时演示的画面，虚实结合，配合教学者的讲解，直观感受和了解卫星遥感过程。
29.3、本发明能够为学习者提供遥感数据采集结果与场景之间的关系，深刻理解整个卫星、地面传感器对地观测过程中各种光的各种辐射数据源传输特征与现象，为以后如何进行遥感数据选择或采集、数据预处理和分析应用打下良好的基础。
附图说明
30.图1为本发明的结构示意图。
31.图2为本发明的太阳光模拟交互界面示意图。
32.图3为本发明的云雾模拟交互界面示意图。
33.图4为本发明的烟雾模拟交互界面示意图。
34.图5为本发明的卫星模拟交互界面示意图。
35.图6为本发明的地物模拟交互界面示意图。
36.具体实施方法
37.以下根据附图对本发明作进一步说明。
38.如图1所示，一种模拟卫星对地观测教学装置，包括
39.框架s0：尺寸不小于：1.8
×
1.8
×
1.8m；最大载重不小于：65kg；材质：发黑铝合金；表明反光小于2％；层级：四层立体，有太阳光模拟器、卫星模拟器系统、大气环境探。
40.控制交互系统：光学模拟类：太阳模拟光源按键；烟雾发生器按键；水雾发生器按
键；卫星模拟传感器运行和运动按键；光栅分光观测相机等控制系统按键；模拟地物反射光被卫星、地面光学传感器路径光控制按键；设备类：实验场景摄像机按键；投影器按键；投影屏幕控制系统按键。
41.安装在框架s0中的实体沙盘模型s4、卫星模拟模块、太阳光分光模拟模块和大气环境散射模拟模块。
42.实体沙盘模型s4位于框架s0的底部。
43.实体沙盘模型s4的顶部设置有地物模拟部分和地物光谱模拟光源。
44.地物模拟部分具有起伏结构，模拟不同类型地物的形状和相对位置关系。地物类型包括水体、植被、建筑物和土壤。地物模拟部分上模拟不同地物类型的区域采用其模拟的地物类型对应的材料，地物模拟部分更加贴近于真实的地面环境。
45.地物光谱模拟光源包括布置在地物模拟部分上的不同颜色的多个模拟灯，其利用不同颜色的模拟灯反映不同的地物在不同光线波段反应的程度。
46.控制交互系统包括控制按键集成面板和控制模块。控制模块集成在带显示器的pc设备中；控制模块在显示器上提供带有控制按钮的交互界面。交互界面包括观测现象显示界面和地物光谱计算界面。
47.控制按键集成面板用于控制卫星模拟模块、太阳光分光模拟模块和大气环境散射模拟模块的开启、关闭和工作模式切换。
48.太阳光分光模拟模块包括
49.太阳光模拟器1.1：要求发射的光谱范围在300-1100nm；功率：≥50w；准直镜头装置使得出射光平行；光强分布：平滑，没有明显亮斑/暗斑；发光角：》30度；工作温度：-10-50摄氏度；尺寸：10cm
×
6cm
×
6cm。
50.分光棱镜1.2：要求对太阳光模拟器可以分为红橙黄绿青蓝紫。
51.显示白板1.3：要求：尺寸：40cm
×
40cm。
52.第一图像传感器1.4和第二图像传感器1.5(后面部分的图像传感器参数与此处相同)：传感器要求：cmos全局快门，500万像素，积分曝光时间最短1ms需要软件操作验证执行保证探测器正常运行；视场角：51
°×
65
°
；数据下载：usb/电脑端实时下载、储存；多种专用镜头，适应不同情景地物的测量。
53.太阳光模拟器1.1安装在框架s0的顶部。
54.太阳光模拟器1.1朝向分光棱镜1.2。显示白板1.3的安装位置与分光棱镜1.2出光位置对应，使得太阳光模拟器1.1发出的光线经分光棱镜1.2分光后产生的七彩光能够投射在显示白板1.3上。第一图像传感器1.4朝向显示白板1.3，能够采集七彩光照射在显示白板1.3上而产生的图像。第二图像传感器1.5朝向分光棱镜1.2，能够采集分光棱镜1.2在分光过程的内部光路图像。第一图像传感器1.4和第二图像传感器1.5均与控制模块连接；控制模块能够将第一图像传感器1.4和第二图像传感器1.5采集的图像实时显示在交互界面上。
55.卫星模拟模块包括
56.landsat卫星模型2.1.1、环境专用卫星模型2.1.2：尺寸：15cm
×
10cm
×
6cm；工作信号指示灯：绿色；环境专用卫星模型2.1.2具体为高分五号卫星模型。
57.运动滑轨2.2：搭载尺寸：1.8m
×
15cm；滑轨运行距离：1.5m
×
1.8m；运行方式：轨道运行。
58.第三图像传感器2.3。
59.水平设置的两根运动滑轨2.2间隔固定在框架s0的中部。运动滑轨2.2滑动连接有滑块。滑块由驱动组件驱动进行滑动。本实施例中，驱动组件包括电机和丝杠。丝杠支承在运动滑轨2.2上。电机的输出轴与丝杠的一端固定。丝杠与固定在滑块上的螺母构成螺旋副。
60.滑块的底部固定有陆地卫星模型2.1.1、环境专用卫星模型2.1.2。陆地卫星模型2.1.1模拟landsat对地观测卫星，环境专用卫星模型2.1.2模拟高分对地观测卫星。陆地卫星模型2.1.1、环境专用卫星模型2.1.2能够沿着运动滑轨2.2滑动，模拟对地观测的卫星的运行方式和对地物观测方式。依据卫星遥感图片建立卫星遥感图片库，使得陆地卫星模型2.1.1、环境专用卫星模型2.1.2在运动过程中，在交互界面上同步显示卫星遥感图片，从而模拟对地卫星运动和工作的全过程；陆地卫星模型2.1.1、环境专用卫星模型2.1.2连接至控制模块，可计算星模拟图像的不同光谱信息值，并将卫星模拟图像和光谱信息值显示在交互界面上。
61.第三图像传感器2.3固定在框架s0的顶部，且位于实体沙盘模型s4的正上方。第三图像传感器2.3能够采集陆地卫星模型2.1.1、环境专用卫星模型2.1.2在运动过程中的图像，直观展示陆地卫星模型2.1.1、环境专用卫星模型2.1.2在移动过程中相对于实体沙盘模型s4的位置变化情况；第三图像传感器2.3连接至控制模块，将自身采集到的俯视图像发送至控制模块；控制模块能够将第三图像传感器2.3采集的图像实时显示在交互界面上。由此，既能够将陆地卫星模型2.1.1、环境专用卫星模型2.1.2的运动过程实时展示在交互界面上，实现对地卫星整个运行过程的模拟展示。
62.大气环境散射模拟模块包括
63.水雾发生装置3.1：3挡可调水雾颗粒大小(便于观测瑞丽散射、米散射等各种散射现象)。
64.烟雾发生装置3.2：3挡可调烟雾颗粒大小(对人体无害)。
65.第四图像传感器3.3、第五图像传感器3.4、第六图像传感器3.5、第七图像传感器3.6。
66.激光光源3.7：550nm(带宽3nm)，405nm(带宽3nm)，445nm(带宽3nm)。
67.水雾发生器3.1和烟雾发生器3.2均安装在框架s0上，且朝向实体沙盘模型s4的上方；水雾发生器3.1能够在实体沙盘模型s4的上方形成水雾(飘浮在空中小液体组成)，模拟大气中的水雾环境。烟雾发生器3.2能够在实体沙盘模型s4的上方形成烟雾(漂浮在空中固体颗粒组成)，模拟大气中的烟雾环境。激光光源3.7安装在框架s0的顶部，能够发出光线照射在实体沙盘模型s4上，激光光源3.7发出的光线照射在模拟产生水雾或者烟雾中发生散射现象，从而向学习者直观展示散射现象。
68.第四图像传感器3.3、第五图像传感器3.4、第六图像传感器3.5和第七图像传感器3.6均水平安装在框架s0上，并从不同角度朝向实体沙盘模型s4的上方。第四图像传感器3.3、第五图像传感器3.4、第六图像传感器3.5和第七图像传感器3.6均与控制模块连接；控制模块能够将第四图像传感器3.3、第五图像传感器3.4、第六图像传感器3.5和第七图像传感器3.6采集的图像实时显示在交互界面上。从而在交互界面上展示不同角度的散射现象；控制模块计算不同角度的散射图像的dn值，并显示在交互界面上。
69.该模拟卫星对地观测教学装置的工作方法，包括分光现象演示方法、散射现象演示方法和卫星观测演示方法。
70.分光现象演示方法的具体过程如下：
71.控制模块控制太阳光模拟器1.1发出模拟太阳光；模拟太阳光照射在分光棱镜1.2上；模拟太阳光在分光棱镜1.2中分离出七彩光；七彩光离开分光棱镜1.2后投射在显示白板1.3上；第一图像传感器1.4采集显示白板1.3上的分光结果图像；第二图像传感器1.5采集分光棱镜1.2上的分光光路图像。如图2所示，第一图像传感器1.4采集的分光结果图像和第二图像传感器1.5采集的分光光路图像显示在交互界面上，交互界面可添加课程所需图文；分光结果图像、分光光路图像和课程图文，配合遥感教学过程。
72.散射现象演示方法包括大气云雾模拟过程和大气烟雾模拟过程。大气云雾模拟过程和大气烟雾模拟过程既能够分开进行，也可以同时进行。
73.大气云雾模拟过程的具体过程如下：
74.控制模块控制水雾发生装置3.1向实体沙盘模型s4的上方释放水雾，模拟出大气云雾环境；控制模块控制激光光源3.7发出激光照射到实体沙盘模型s4上。激光穿过水雾的过程中发生散射现象；第四图像传感器3.3、第五图像传感器3.4、第六图像传感器3.5和第七图像传感器3.6分别从不同角度采集实体沙盘模型s4上方的图像，并将图像传输至控制模块，如图3所示。图像传感器采集不同角度、不同波段的激光光源的瑞丽散射图像传递到交互界面，同时，在交互界面上，显示不同角度、不同波段的瑞丽散射的差异，并通过控制模块计算云雾影响下不同角度、不同波段的瑞丽散射图像的dn值并自动绘制多角度的dn值曲线，实现了对地观测过程中，云雾对太阳光散射特性现象与散射结果同屏显示，有利用教学过程中，教师对该原理与现象结果的同屏对比讲解，也助于学生从现象结果更加容易理解卫星对地观测的原理。
75.大气烟雾模拟过程的具体过程如下：
76.控制模块控制烟雾发生装置3.2向实体沙盘模型s4的上方释放烟雾，模拟出大气烟雾环境；控制模块控制激光光源3.7发出激光照射到实体沙盘模型s4上。激光穿过烟雾的过程中发生散射现象；第四图像传感器3.3、第五图像传感器3.4、第六图像传感器3.5和第七图像传感器3.6分别从不同角度采集实体沙盘模型s4上方的图像，并将图像传输至控制模块，如图4所示。可实现不同角度、不同波段的激光光源下，烟雾对光线传输的散射特性、差异、程度等交互界面，有利用教学过程中，教师对该原理与现象结果的同屏对比讲解和学生对烟雾散射的理解，同时，在交互界面可添加课程图文，配合遥感教学过程的大气环境对卫星对地观测的影响的教学活动。
77.卫星观测演示方法的具体过程如下：
78.控制模块控制陆地卫星模型2.1.1、环境专用卫星模型2.1.2沿着运动滑轨2.2滑动，模拟对地观测卫星在运行时的动态运行过程。第八图像传感器2.3实时传递卫星运动过程到交互界面上。如图5所示，控制模块控制卫星模型运动，模拟实际情况下的卫星运行过程；根据实际卫星对地观测的遥感影像建立卫星对地观测的遥感影像库，在陆地卫星模型2.1.1、环境专用卫星模型2.1.2运动的同时，调用卫星遥感影像库的影像到交互界面上，模拟卫星对地物遥感图像采集活动。依据一些常见的对卫星遥感影像的处理方式，交互界面自动处理并显示所调用的卫星遥感影像不同处理方式的结果。卫星观测演示模块，依据实
际的卫星对地观测、卫星遥感影像采集、卫星遥感影像处理过程，模拟卫星遥感中“卫星-地物”之间的关系，配合遥感教学过程中对地观测卫星工作过程的教学。
79.卫星模型2.1对实体沙盘模型s4进行检测的过程中，能够选择性地控制水雾发生装置3.1和烟雾发生装置3.2启动，形成大气云雾环境和/或大气烟雾环境；为学习者展示大气云雾环境和大气烟雾环境对卫星观测的影响。
80.地物沙盘部分，如图6所示，根据实际不同的地物光谱数据建立地物光谱数据库，在交互界面显示地物光谱时调用不同地物光谱的数据且自动绘制不同地物光谱曲线。依据实际情况下，不同地物在光谱范围内不同波段的吸收率、反射率的不同，在实体沙盘模型s4中模拟的不同地物部分时，使用不同波段、不同亮度的led灯去代表不同地物实际情况下的特征反射率，从而模拟不同地物反射的特征现象，图像传感器2.3采集led灯的亮度传递到交互界面显示，进而配合不同地物的光谱曲线进行地物光谱特征的教学讲解。

技术特征：
1.一种模拟卫星对地观测教学装置，包括框架(s0)、控制系统；其特征在于：还包括安装在框架(s0)中的实体沙盘模型(s4)、卫星模拟模块、太阳光分光模拟模块和大气环境散射模拟模块；实体沙盘模型(s4)位于框架(s0)的底部；所述的太阳光分光模拟模块包括太阳光模拟器(1.1)、分光棱镜(1.2)、显示白板(1.3)、第一图像传感器(1.4)和第二图像传感器(1.5)；太阳光模拟器(1.1)安装在框架(s0)的顶部；所述的太阳光模拟器(1.1)朝向分光棱镜(1.2)；显示白板(1.3)的安装位置与分光棱镜(1.2)出光位置对应；第一图像传感器(1.4)朝向显示白板(1.3)；第二图像传感器(1.5)朝向分光棱镜(1.2)；第一图像传感器(1.4)和第二图像传感器(1.5)均与控制系统连接；所述的卫星模拟装置包括陆地卫星模型(2.1.1)、环境专用卫星模型(2.1.2)、运动滑轨(2.2)和第三图像传感器(2.3)；水平设置的两根运动滑轨(2.2)间隔固定在框架(s0)的中部；运动滑轨(2.2)滑动连接有滑块；滑块由驱动组件驱动进行滑动；所述的陆地卫星模型(2.1.1)和环境专用卫星模型(2.1.2)均固定在滑块上；陆地卫星模型(2.1.1)和环境专用卫星模型(2.1.2)连接至控制系统；所述的第三图像传感器(2.3)位于实体沙盘模型(s4)的正上方，且高于运动滑轨(2.2)；第三图像传感器(2.3)连接至控制系统；所述的大气环境模拟装置包括水雾发生装置(3.1)、烟雾发生装置(3.2)、激光光源(3.7)和多个散射观察图像传感器；水雾发生器(3.1)和烟雾发生器(3.2)均安装在框架(s0)上，且朝向实体沙盘模型(s4)的上方；激光光源(3.7)安装在框架(s0)上，并朝向实体沙盘模型(s4)；各散射观察图像传感器均安装在框架(s0)上，并从不同角度朝向实体沙盘模型(s4)的上方；各散射观察图像传感器均与控制系统连接。2.根据权利要求1所述的一种模拟卫星对地观测教学装置，其特征在于：所述实体沙盘模型(s4)的顶部设置有地物模拟部分；地物模拟部分上模拟不同地物类型的区域采用其模拟的地物类型对应的材料。3.根据权利要求1所述的一种模拟卫星对地观测教学装置，其特征在于：所述的地物模拟部分具有起伏结构，模拟不同类型地物的形状和相对位置关系。4.根据权利要求1所述的一种模拟卫星对地观测教学装置，其特征在于：所述的地物类型包括水体、植被、建筑物和土壤。5.根据权利要求1所述的一种模拟卫星对地观测教学装置，其特征在于：还包括控制按键集成面板；控制按键集成面板用于对控制系统发送控制指令。6.根据权利要求1所述的一种模拟卫星对地观测教学装置，其特征在于：所述的控制系统集成在带显示器的pc设备中；控制系统在显示器上提供带有控制按钮的交互界面。7.根据权利要求1所述的一种模拟卫星对地观测教学装置，其特征在于：所述的实体沙盘模型(s4)上的不同地物的位置设置有多个模拟灯。8.如权利要求7所述的一种模拟卫星对地观测教学装置的工作方法，其特征在于：包括分光现象演示方法、散射现象演示方法和卫星观测演示方法；分光现象演示方法的具体过程如下：所述的控制系统控制太阳光模拟器(1.1)发出模拟太阳光；模拟太阳光照射在分光棱镜(1.2)上；模拟太阳光在分光棱镜(1.2)中分离出七彩光；七彩光离开分光棱镜(1.2)后投射在显示白板(1.3)上；第一图像传感器(1.4)采集显示白板(1.3)上的分光结果图像；第二图像传感器(1.5)采集分光棱镜(1.2)上的分光光路图像；控制系统分光结果图像和分光光
路图像显示在交互界面上；散射现象演示方法包括大气云雾模拟过程和大气烟雾模拟过程；大气云雾模拟过程和大气烟雾模拟过程分开进行或同时进行；大气云雾模拟过程的具体过程如下：所述的控制系统控制水雾发生装置(3.1)向实体沙盘模型(s4)的上方释放水雾，模拟出大气云雾环境；控制系统控制激光光源(3.7)发出激光照射到实体沙盘模型(s4)上；激光穿过水雾的过程中发生瑞丽散射现象；各散射观察图像传感器分别从不同角度采集实体沙盘模型(s4)上方的瑞丽散射图像，并将图像传输至控制系统；控制系统在交互界面上显示不同角度、不同波段的瑞丽散射图像且自动计算出云雾影响下不同角度、不同波段瑞丽散射的dn值并自动绘制不同角度的dn值曲线，展示到交互界面；大气烟雾模拟过程的具体过程如下：控制系统控制烟雾发生装置(3.2)向实体沙盘模型(s4)的上方释放烟雾，模拟出大气烟雾环境；控制系统控制激光光源(3.7)发出激光照射到实体沙盘模型(s4)上；激光穿过烟雾的过程中发生米氏散射现象；各散射观察图像传感器分别从不同角度采集实体沙盘模型(s4)上方的米氏散射图像，并将图像传输至控制系统；控制系统在交互界面上显示不同角度、不同波段的米氏散射的图像且自动计算出烟雾影响下不同角度、不同波段散射的dn值并自动绘制不同角度的dn值曲线，展示到交互界面；卫星观测演示方法的具体过程如下：所述的控制系统控制陆地卫星模型(2.1.1)和环境专用卫星模型(2.1.2)沿着运动滑轨(2.2)滑动，模拟对地观测卫星在运行时的动态运行过程；根据实际卫星对地观测的遥感影像建立卫星对地观测的遥感影像库，在陆地卫星模型(2.1.1)和环境专用卫星模型(2.1.2)运动的同时，调用卫星遥感影像库的影像到交互界面上，模拟卫星对地物遥感图像采集活动；依据一些常见的对卫星遥感影像的处理方式，交互界面自动处理并显示所调用的卫星遥感影像不同处理方式的结果；根据实际不同的地物光谱数据建立地物光谱数据库，在交互界面显示地物光谱时调用不同地物光谱的数据且自动绘制不同地物光谱曲线；依据实际情况下，不同地物在光谱范围内不同波段的吸收率、反射率的不同，在实体沙盘模型(s4)中模拟的不同地物部分时，使用不同波段、不同亮度的led灯去代表不同地物实际情况下的特征反射率，从而模拟不同地物反射的特征现象。9.根据权利要求8所述的一种模拟卫星对地观测教学装置的工作方法，其特征在于：卫星模型(2.1)对实体沙盘模型(s4)进行检测的过程中，控制水雾发生装置(3.1)和/或烟雾发生装置(3.2)启动，形成大气云雾环境和/或大气烟雾环境。

技术总结
本发明公开了一种模拟卫星对地观测教学装置及其工作方法。该教学装置包括框架、控制系统，以及安装在框架中的实体沙盘模型、卫星模拟模块、太阳光分光模拟模块和大气环境散射模拟模块。实体沙盘模型位于框架的底部。所述的太阳光模拟装置包括太阳光模拟器、分光棱镜、显示白板、第一图像传感器和第二图像传感器。太阳光模拟器安装在框架的顶部。卫星模拟装置包括卫星模型、运动滑轨和第三图像传感器。大气环境模拟装置包括水雾发生装置、烟雾发生装置、激光光源和多个散射观察图像传感器。本发明针对遥感教学中对地观测卫星的运行和地物光谱的数据的处理进行模拟，与遥感教学相结合，能够体现卫星运动、大气环境模拟、地物光谱数据处理的过程。光谱数据处理的过程。光谱数据处理的过程。


技术研发人员：张垚 何亚东 吴伟志 田守鹏 林宏泽 邵凯杰 陈磊
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：2023.01.19
技术公布日：2023/7/12