基于面阵分时分视场成像的在轨相对辐射定标方法

光学遥感卫星的辐射定标是卫星数据定量化应用的前提条件,针对静止轨道大面阵光学载荷成像特点,提出一种基于分时-分视场成像的在轨相对辐射定标方法。选取合适的亮、暗均匀场地,通过卫星姿态机动完成整个视场的定标,得到所有探元在轨相对辐射定标系数,可有效解决现有场地难以覆盖卫星视场而带来的在轨相对辐射定标难题。     

基于速度矢量模型的圆轨道空间相机偏流角实时补偿

偏流角是影响线阵CCD 相机推扫成像性能的重要因素。为实现在轨有限计算资源环境下偏流角的快速计算,根据圆轨道卫星飞行与地物随地球自转的速度矢量运动关系,建立了适用于圆轨道正视与前后视成像的偏流角模型,给出卫星飞行过程中星下点相对地物的运动速度矢量作角向振动的数学表达式。根据该模型提出基于旋转CCD 方式的偏流实时补偿方案,并搭建偏流校正成像模拟平台进行了实验验证。仿真和实验表明,速度矢量模型具有更高的计算效率,计算精度和稳定性与坐标变换模型和轨道要素模型一致,能够将偏流导致的图像MTF 下降抑制到5%。该方案适用于 TDICCD 相机与三线阵CCD 立体测绘相机的偏流实时调整机构开发工作。     

视频卫星在轨相对辐射定标方法

视频卫星利用敏捷姿态性能对地凝视成像,实现对目标的动态监测。为了消除视频卫星获取时序图像中由探测元件响应差异引起的非均匀性,获得清晰的图像和准确的辐射信息,需要针对视频卫星传感器进行相对辐射定标。由于成像机理不同,基于统计的在轨辐射定标方法并不适用于视频卫星,提出采用均匀场景的视频卫星在轨相对辐射定标方法,分别对云层、海洋和沙漠三种典型的均匀场景进行凝视视频成像,解算相对辐射定标系,其中,沙漠场景的处理取得了较好的相对辐射定标系数,校正吉林一号视频单帧影像。该方法能够有效修复图像缺陷,图像的非均匀性由3.7%降低至1.2%。     

黑体与恒星相结合的短波红外遥感器在轨辐射定标简析

为满足气象水文、天文观测等领域对短波红外遥感器高精度探测需求,近年来对短波红外探测定量化应用的需求越来越高。本文针对高轨面阵短波红外遥感器在轨各种因素引起的非均匀性变化情况,基于面源黑体定标结合恒星定标的在轨绝对辐射定标设计方案,结合某遥感器任务研制过程的具体实际,分析了定标精度主要影响因素及优化措施,包括星上定标方案优化、星上黑体温度控制优化、恒星提取算法优化等。通过实验室测试对在轨辐射定标方法进行了验证,并对在轨绝对辐射定标不确定度进行预估,评估结果表明定标不确定度能够满足应用要求。     

一种新型陆标敏感器算法的研究

卫星姿态将直接影响卫星执行任务结果和在轨寿命,陆标敏感器可以从卫星遥感图像信息中获取卫星的姿态信息。提出一种新型陆标敏感器的算法,根据卫星计划拍摄的理论范围与实际图像范围的偏差,计算出卫星的侧滚、俯仰和偏航三种姿态偏差。该算法的优点在于能与实际任务相结合,在测量分析卫星姿态偏差的同时不影响卫星正常执行任务。     

航天三线阵光学遥感成像运动模糊建模与分析

为了提高立体摄影测量的精度,对航天三线阵光学遥感成像的运动模糊模型进行推导和分析。根据引起运动模糊的方式,将三线阵光学遥感成像运动模糊分为前向运动模糊和姿态运动模糊。利用坐标系旋转来研究三线阵相机曝光瞬间前向飞行和姿态变化对运动模糊的影响,对俯仰、滚转和偏航姿态运动引起的模糊分别进行建模。仿真实验表明:(1)曝光瞬间航天三线阵遥感成像运动模糊是空间变化的,俯仰和滚转比偏航运动对三线阵相机的影响更严重;(2)对于直视线阵CCD而言,偏航引起的运动模糊可以忽略不计,但是对前视和后视线阵CCD的影响不能忽略;(3)航天三线阵相机的前视和后视线阵CCD比直视线阵CCD更容易受到航天器姿态运动的影响。     

基于面阵CCD拼接的动态目标成像系统

采用面阵CCD作为光电成像元件,设计了一种用于动态目标跟踪的新型面阵CCD成像系统.利用分光棱镜的分光效应,将两片CCD分别放置在空间分离的两个像平面上,从而保证在目标分辨率不变的情况下使视场角增加一倍,满足了大视场搜索目标的要求.整个系统采用现场可编程门阵列(FPGA)作为核心控制器件,利用FPGA片上RAM实现两路图像的缓存与合成,合成图像输出延迟仅为32μs,满足实时跟踪的需要.依据系统辐射定标数据,通过变换增益和偏置实现CCD光电响应度的调整,消除了两幅图像拼接处的接缝.     

HJ-1A/B星CCD相机在轨辐射性能检测分析

为检测分析HJ-1A/B星CCD相机在轨辐射探测性能及其辐射定标的有效性,提出了基于多种光学特性地面目标的在轨检测方法。首先,介绍了HJ-1A/B星CCD相机在轨辐射性能检测方法,并基于2013年HJ-1A/B卫星地面同步观测试验数据,获取了HJ-1A/B星过境时刻的卫星入瞳处等效辐亮度。然后以该等效辐亮度为基准,对HJ-1A/B星CCD相机历次在轨辐射定标结果进行检验,分析HJ-1A/B星CCD相机的在轨运行期间辐射探测性能变化趋势。结果表明：HJ-1A/B星在轨运行过程中,辐射性能在不断发生变化;在轨运行5年多时间里,HJ-1A/B星的CCD相机各波段的辐射性能平均衰变量最低为3.7%,最大为39.6%;为保证遥感数据的定量化精度,定期的在轨绝对辐射定标十分必要。     

基于均匀场地的遥感图像相对校正算法研究

受地面均匀场地宽度的限制,使用均匀场地两点相对辐射校正算法,只能对幅宽比较窄的线阵推扫式传感器进行相对校正.提出了一种改进的基于均匀场地的遥感图像相对辐射校正算法,该算法通过在一幅或多幅图像上选取满足亮度要求的区域来计算所选区域内及区域间的相对定标系数,根据区域内和区域间相对定标系数将宽幅线阵推扫式传感器全体探测元的响应相对校正到一致.结果表明:该算法能够实现宽幅线阵推扫式传感器的相对辐射校正,实现简单.校正效果理想.     

空间相机中的偏流角分析

高分辨率星载TDI-CCD相机在成像过程中,偏流角会对相机的成像质量产生影响.因此根据卫星轨道方程给出了偏流角和偏流角角速度随纬度变化的具体形式,基于此分别研究了偏流角在卫星穿航方向和沿航方向引起的像移量和它对相机成像质量的影响.结果表明,偏流角是纬度的函数,由它引起的像移在穿航方向对相机像质的影响较为严重,必须加以校正.并针对极地圆轨道详细计算了像移对像质的影响程度和在MTF偏流角＞0.95的情况下偏流角需要调整的最小时间间隔.     

基于高频角位移数据的卫星平台颤振检测与影像几何质量补偿

随着对地观测卫星成像分辨率和在轨机动性能的提升,卫星平台姿态的高频颤振对成像几何质量的影响更加显著。鉴于传统的基于分时成像数据的颤振检测和补偿方法具有密集匹配计算量大,误差干扰程度高和无法分解各旋角方向的颤振量等缺点。该文以国产遥感系列光学卫星搭载的高频角位移设备为例,研究基于角位移高频测姿数据的直接颤振检测方法和影像几何质量补偿方法。其中包括角位移数据的加窗FIR滤波预处理,在俯仰、翻滚和偏航方向随时间变化的颤振曲线分布规律分析,以及基于角位移数据的影像直接定位补偿。将高频颤振补偿应用于卫星平台的姿态复原和基于严格成像几何模型的几何纠正解算。采用北京地区遥感系列光学卫星数据的实验结果表明,该文方法能够显著地改善高频颤振检测的精度和可靠性,有效地提高颤振补偿后卫星影像的内部几何质量,其中长度变形精度提高了0.5个像素左右。     

卫星刚性载荷体在轨对称摆扫特性分析

为实现卫星摆扫成像,降低载荷体摆动过程中对卫星姿态的影响,提出两个相同载荷体对称摆动的方案,并规划给定角度范围内的摆动规律,使载荷体在滚动轴和俯仰轴分别具有0.6()/s、6 ()/s的角速度,通过对两载荷体摆动特性及动力学、运动学特性的分析,提出以反作用飞轮对卫星偏航轴剩余力矩进行补偿控制的方法。以某卫星示例进行仿真分析,结果表明:两载荷体对称摆动过程中滚动轴和俯仰轴的合成力矩和角动量对卫星姿态无影响,而偏航轴存在周期性变化的力矩,采用0.2 Nm的飞轮进行动量补偿后得到卫星姿态指向精度和姿态稳定度可以控制在0.032、0.006()/s以内,能够实现较高精度的对地面区域摆扫成像。说明以两载荷体对称摆动的方案实现卫星摆扫成像并满足成像需求,在设计理念上是可行的。     

基于SCKF和姿态估计的SINS/GPS在线对准方法

该文提出了基于平方根容积卡尔曼滤波和初始姿态估计的捷联惯导/全球定位系统组合在线对准法。构建平方根容积卡尔曼滤波器来对初始姿态估计的非线性量测模型进行滤波,估计代表初始姿态转换矩阵的罗德里格参数,并以此求出当前时刻的姿态转换矩阵,从而求出当前时刻准确的姿态。该文分别对制导武器系统和车载系统进行了半实物仿真。仿真结果表明,此方法可在25 s左右完成在线对准。其中短距离制导武器仿真结果航向角及俯仰角误差在0.1°内,横滚角误差在0.3°内;低成本车载导航系统仿真结果航向角误差在0.2°内,俯仰角及横滚角误差在1°内,可满足制导武器及低成本民用车辆的对准需求。     

俯仰/滚转耦合的大角度姿态测量算法

基于加速度计或陀螺仪的测姿方法均存在大角度条件下姿态角误差放大、突变问题。对大俯仰角测量,通过预置欧拉旋转法可确定冗余加速度计的布置方式,降低了俯仰角测量误差。对大俯仰角条件下的滚转角测量,提出基于角速率阈值判定的陀螺解耦测姿算法。当俯仰角速率大于设定阈值时,采用角速度投影可钳制滚转角误差的漂移;当俯仰角速率小于设定阈值时,采用角速度积分可避免角速度投影造成的姿态误差放大。通过理论推导、分析和仿真,预置欧拉旋转法能有效避免大俯仰角条件下俯仰角姿态误差放大,陀螺解耦测姿算法能在振荡环境下长时间保持滚转角精确度。     

高分辨率空间相机俯仰成像的像移补偿方法

为了使高分率空间TDI（Time Delay and Integration） CCD相机适应卫星大俯仰姿态角,以增强空间遥感的时间分辨率,分析了卫星大俯仰姿态对高分辨空间相机成像的影响,使用光学投影方法,定性分析了俯仰成像时不同视场处的像移速度差异;根据TDI CCD工作方式,提出了横向像移图像生成原理,建立了横向像移图像的恢复模型,并完成了仿真验证和算法精度分析。分析结果表明:卫星俯仰姿态越大时,像面不同视场处横向像移速度差异增大;从仿真实验和精度分析可以看到俯仰成像时采用横向像移图像恢复方法可以得到无横向像移的图像,横向像移图像采集位数越高,恢复后的图像灰度值误差越小。横向像移图像恢复方法增强了空间相机对卫星大俯仰姿态的适应能力,极大地提高TDI CCD空间相机敏捷成像能力。     

星上红外遥感相机的辐射定标技术发展综述

随着对天基对地以及临近空间目标探测的需求增大,高性能红外相机探测及海量数据定量化迫切需要高可靠性、高精度的辐射定标技术,因此,星上辐射定标装置已成为当前空间定量遥感技术发展的重要方向。在轨红外遥感相机的辐射定标主要校正探测器响应的不均匀性（相对辐射定标）和建立遥感相机输出信号与输入辐射量的函数关系（绝对辐射定标）。在介绍红外相机星上辐射定标基本原理的基础上,综述近年来几个国内外典型星上辐射定标装置及其特点,并介绍笔者所在课题组近年来基于内部定标源+天空星图的红外相机高动态范围（HDR）相对辐射定标方法的研究进展。论文对于红外辐射定标技术及星上辐射定标装置的发展具有参考意义。     

Deep-space calibration of the WindSat radiometer

The WindSat microwave polarimetric radiometer consists of 22 channels of polarized brightness temperatures operating at five frequencies: 6.8, 10.7, 18.7, 23.8, and 37.0 GHz. The 10.7-, 18.7-, and 37.0-GHz channels are fully polarimetric (vertical/horizontal, /spl plusmn/45/spl deg/ and left-hand and right-hand circularly polarized) to measure the four Stokes radiometric parameters. The principal objective of this Naval Research Laboratory experiment, which flys on the USAF Coriolis satellite, is to provide the proof of concept of the first passive measurement of ocean surface wind vector from space. This paper presents details of the on-orbit absolute radiometric calibration procedure, which was performed during of a series of satellite pitch maneuvers. During these special tests, the satellite pitch was slowly ramped to +45/spl deg/ (and -45/spl deg/), which caused the WindSat conical spinning antenna to view deep space during the forward (or aft portion) of the azimuth scan. When viewing the homogeneous and isotropic brightness of space (2.73 K) through both the main reflector and the cold-load calibration reflector, it is possible to determine the absolute calibration of the individual channels and the relative calibration bias between polarimetric channels. Results demonstrate consistent and stable channel calibrations (with very small brightness biases) that exceed the mission radiometric calibration requirements.     

基于机器学习的大视场星敏感器畸变在轨标定技术

随着遥感卫星在轨任务复杂性的不断提升,对卫星精度的要求也不断提高。星敏感器是星上精度最高态敏感器,因而其在轨标定是提高精度的有效手段。由于大视场星敏感器的镜头畸变复杂,目前广泛采用的基于星对角距的最小二乘法存在一定局限性。因此提出一种基于机器学习的星敏感器在轨标定算法,该方法结合机器学习预测建模思想,通过构造特征建立镜头畸变模型,并结合主成分分析方法进行冗余特征的消除,最后从星角距和模型泛化能力两方面对标定效果进行评价。仿真结果表明:算法对镜头畸变程度较大的星敏感器有良好的校正效果,标定精度始终能保持在0.8内,与目前几种主流算法相比,具有精度高,鲁棒性好等优点。