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.     

基于地球椭球的离轴式双线阵相机像移补偿

离轴反射式双线阵立体测绘相机的视轴和光轴分离,由于地球为椭球体,视轴和光轴对应的地物点的距离随星下点与升交点的地心角而变化。而成像传感器与光轴垂直,对视轴对应的地物点成像,这些因素导致离轴反射式双线阵立体测绘相机的像移速度和偏流角随离轴角等变化。在对离轴反射式空间相机的成像原理进行分析的基础上建立其等效简化模型,推导了基于地球椭球的离轴反射式双线阵立体测绘相机的像移速度和偏流角计算公式。并以某离轴反射式双线阵立体测绘相机为例,对正视相机和后视相机统一调整行周期与偏流角对成像质量的影响进行分析。分析结果表明,以调制传递函数下降不超过5%为约束,当积分级数大于4 时应分别调整正视相机和后视相机的行周期。统一调整偏流角时应以正视相机和后视相机偏流角的均值为准,积分级数应取89 以内。     

基于非均匀同区域线性CCD成像的卫星姿态调整与非线性定标方法

提出了对非均匀场景同一区域成像的卫星姿态调整及基于直方图匹配的线阵CCD非线性相对辐射定标方法.当在轨卫星需要执行相对辐射定标任务时,首先计算初始偏流角并调整卫星偏航角进入在轨定标成像模式;然后在定标成像过程中控制卫星偏航角,使得线阵CCD阵列的所有像元能够依次对同一区域成像;最后基于直方图匹配方法建立高精度非线性相对辐射定标模型.仿真实验给出了不同姿态对应的定标成像情况下的偏航角调整大小与调整周期,并分析了引起偏流角误差的因素及其对偏流角的不确定性.该方法既不需要地面均匀定标场等,也不需要统计分析大量在轨图像数据;且每一轨都可以执行定标任务,避免了卫星不同轨数据之间的不稳定性所带来的定标源自身不可靠问题.     

偏流角对空间相机影响研究

研究了卫星运行中偏流角对TDICCD相机像质的影响.根据卫星运动状态,推导了偏流角的具体变化形式,以及由其在穿航方向和沿航方向引起的相机像移和由此造成的像质退化调制传递函数(MTF).并针对高度为500km的圆形卫星轨道,定量计算了偏流角导致的像移对相机像质的影响程度.结果表明:偏流角在赤道附近最大,随着纬度的升高,偏流角呈非线性减小.并且,由它引起的像移在穿航方向对相机像质的影响远大于沿航方向.对于给定的轨道参数,偏流角最大值约为3.7°,当积分级数为32时,由其引起的像移调制传递函数接近于零,严重影响了相机的成像质量.为此,提出了使用二维摆镜和调整焦平面方向两种实时补偿偏流角影响的方法.     

太阳同步椭圆轨道偏流角分布规律与像质分析

提出一种根据轨道根数与TDICCD 成像原理模拟遥感器推扫成像过程,实现偏流角计算,并基于最终仿真图像的PSF 分布评价图像质量的方法,以截止频率MTF 为评价标准,研究太阳同步椭圆轨道的偏流角分布规律。结果表明:与常规圆轨道相比,近地点幅角为0的椭圆轨道在近地点一侧偏流角与轨道半长轴成线性关系,与轨道离心率成三次函数关系。使用KH-12 卫星采用的椭圆轨道参数进行成像仿真,以穿航MTF 下降5%为约束对成像质量进行分析,结果表明:相同推扫级次下,椭圆轨道近地点一侧的偏流角更小,成像质量更高。     

影响TDICCD相机成像质量的因素分析

在高分辨率TDICCD相机的成像过程中,偏流角和速高比的变化都会影响相机的成像质量。根据卫星的运动状态,分别推导了偏流角和速高比的表达式,并分析了由其引起的附加像移。结合实际的卫星轨道参数,详细计算了偏流角和速高比随纬度的变换规律以及它们在不同积分级数下引起的像移对相机像质的影响程度,给出了像移调制传递函数大于0.95时允许的最大偏流角和相机侧摆角度。结果表明,随着积分级数的增加,由偏流角和侧摆引起的像移对相机像质的影响越来越大,当积分级数N=32、MTF_(像移)>0.95时,允许的最大偏流角和侧摆角度分别为0.62°和29.5°.     

新型空间相机偏流角调整方法

针对目前国内光学成像侦察卫星成像模式单一、对曲线条带状目标侦察效率低下的现状,开展了以相机实时像移补偿技术为基础的一种新型空间相机偏流角调整方法的研究。介绍了新型空间相机偏流角调整方法的原理,并设计了一种可使空间相机实现实时像移补偿的偏流调整机构。区别于传统的TDI-CCD拼接后整体旋转调偏流方式,该机构实现了TDI-CCD分片旋转调偏流,以达到空间相机实时像移补偿的目的。最后,进行了偏流机构传动精度分析与测试,分析与测试结果均表明:所设计的偏流调整机构传动精度高,结构系统响应速度快,可满足相机敏捷成像侦查任务。     

用于机载三线阵CCD相机三维立体摄影的高速数据记录系统

介绍了用于三线阵CCD相机三维立体成像系统的高速实时数据记录系统．该系统包括两个子系统;彩色CCD高速数据存储系统和黑白CCD高速数据存储系统．来自CCD相机的高速数据经cPCI数据采集卡缓冲存储后送往PXI总线,SCSI控制卡与cPCI采集卡在PXI总线上通过DMA方式直接交换数据,不需要CPU干预,使存储速度大大提高。为了测试系统的性能,由机载试验飞行对其性能进行了检验．     

视频面阵CCD相机多模式成像技术?

视频面阵CCD相机已经得到了广泛的应用,为了解决不同的应用对高频率、高分辨率不同的要求等问题,同时扩大其应用范围,提出了一种适用于视频面阵CCD相机的多工作模式成像技术。首先,分析了视频面阵CCD的功能和特点,确定CCD的工作模式;其次,根据这些工作模式确定多模式成像的视频面阵CCD相机的组成;然后,详细阐述了时序驱动电路中工作模式的切换方法;最后,在各种工作模式下对视频面阵CCD相机分别进行了外场成像试验。实验结果表明:视频面阵CCD相机在各种工作模式下的成像效果很好,并且每种工作模式之间的切换时间为2ms,提高了视频面阵CCD相机多工作模式成像方法的有效性和实时性。     

两线阵立体测绘CCD相机光学系统设计

为使嫦娥二号卫星CCD立体相机在100km高度的圆轨上能够获取地元分辨率力为7m的图像,设计了一种两线阵立体测绘CCD相机光学系统。介绍了两线阵立体测绘相机的工作原理。根据卫星总体的指标要求,对光学系统的主要参数进行了详细计算,确定系统的焦距为144.4mm,视场角为42°,相对孔径为F/9,光谱范围为450～520nm。光学系统采用6组7片型消畸变复杂化的双高斯结构形式,在50lp/mm奈奎斯特空间频率下平均调制传递函数为0.67。给出了嫦娥二号卫星CCD立体相机在100km高度的首轨图像和极区图像,图像清晰、层次丰富,表明该光学系统能满足任务要求。     

天基监视中的双星相对运动模型研究

以天基监视为背景,依据几何学原理和矢量计算工具,主要研究了双星相对运动模型。一方面,突破力学求解方式,采用一种区别于传统轨道根数的卫星轨道生成规则,可清晰直观地描述卫星轨道;另一方面,结合光电跟踪系统,研究了双星运动过程中的相对方向变化。通过对异面太阳同步圆轨和共面地球同步圆轨双星相对运动模型的仿真计算,获得了卫星轨道、相对距离、方位角、俯仰角、方位角速率、俯仰角速率的变化结果,分析结果证明了此方法的合理性,可为天基监视中的工作区域选择、卫星轨道设计、监视系统设计和捕获跟踪瞄准控制系统设计等物理问题和关键技术提供定性和半定量参考。     

空间相机像移补偿计算中飞行器大姿态角使用方法

提出了在大姿态角情况下飞行器姿态参数的使用方法以实现像移速度的精确计算。根据飞行器轨道坐标系转换到飞行器坐标系的转换矩阵,推导了在大姿态角存在时轨道坐标系下的姿态角速度与飞行器坐标系下的姿态角和姿态角速度的关系式。通过计算得出,在侧摆角为30时对飞行器坐标系绕飞行器轨道坐标系的转动角速度S1、S2和S3的影响最大误差分别为1.175%、50%和13.223%;在前后摆角为30时对S1、S2和S3的影响最大误差分别为63.397%、0.1745%和63.397%。根据空间相机像移速度计算精度要求比较高,确定了在一定的姿态角情况下飞行器姿态参数使用方法。提出的方法简单,易于实现,适用于空间相机像移补偿的研究。     

空间目标的光度特性及其成像信噪比研究

开展空间目标的光散射与辐射特性的研究,对目标的探测、跟踪与识别、突防等技术具有十分重要的应用价值.本文对空间目标光度特性以及成像信噪比展开了研究.首先,对太阳在大气层外辐射照度进行了计算,推导出空间目标的辐照度计算公式,计算了目标的等效视星等值.然后,研究了J2000.0惯性坐标系中太阳、观测卫星和目标卫星的矢量坐标和各个角度与距离关系,并分析了相对距离、太阳相位角的变化及其对空间目标视星等值的影响.最后,针对CCD相机的系统参数,计算了空间目标CCD成像的信噪比.仿真表明,空间目标的等效星等在不同的观测时刻存在2个星等左右的差别,导致目标成像的信噪比在观测过程中也存在变化.系统地对空间目标的光度特性和进行了研究,为空间目标的探测和识别提供了依据.     

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。     

光电着降导引系统的跟踪和参数测量

分析和研究了CCD摄影测量算法的精确定位技术,建立了4个信标点空间位置坐标的数学模型,并推导出计算公式,该算法的特点是计算精度高,可实时计算空间目标的坐标位置,从而对空间目标精确定位,在航天、航空技术上有重要的用途.设计了一台直升机着降与回收的光电导引系统,利用2台红外CCD对在直升机两侧机身被半导体激光器照明的4个信标成像,通过对图像的处理和目标识别,提取出信标的位置和恣态信息.使用双摄影测量法模型实时计算出直升机相对于着降点的坐标.使用高性能的DSP系统,实时检测和跟踪双通道图像信号并显示出实验结果.模拟实验结果表明,在8～13m距离内,光电引导系统的距离测量精度达到±5cm,而角度测量精度达到±3°.     

Research on a novel imaging bionic polarization navigation sensor for glimmer environment application

Polarization navigation system is a hotspot in the field of bionic navigation. Compared with point source polarized light navigation sensor, the polarization information acquisition method based on image sensor and imaging technology has better robustness, and it can obtain more polarization information. In this paper, an embedded imaging polarization sensor for glimmer environment application is designed and developed. The multi-channel video processing technology of TMS320DM642 is used to capture the polarization information of charge coupled device (CCD) camera with three channels. The images are processed by digital signal processer (DSP) in real time, and the angle of polarization (AOP) image is calculated simultaneously with an acquisition and calculation speed of 10 frame per second. Sensor can obtain absolute rotation angle, and the AOP image can be displayed on liquid crystal display (LCD). It provides an effective experimental platform for the research of imaging polarization mode navigation device based on embedded system.     

An attitude algorithm based on the band seamless splicing imaging for agile satellite

In order to realize fast maneuvering imaging of the target area with high resolution agile satellite, a new attitude matching algorithm is developed. A strict mosaic imaging model of ray trace and the velocity vector mapping are built according to the strip mosaic imaging principle and the relationship between imaging target and the camera focal plane. The three-axis attitude is deduced based on the principle of optimal tracking of the maneuvering path. Finally, the geometric scaling simulation is carried out through the time delayed and integration (TDI) charge coupled device (CCD) prototype system, satellite attitude control physical simulation platform and the LED earth target simulator. The experimental results show that the algorithm could realize the matching band seamless splicing imaging of the target very well, confirming the correctness of the algorithm.