机载光电吊舱无角位移隔振设计

为减小振动对机载光电吊舱成像质量和稳定精度的影响,依据平行四边形原理、隔振理论及吊舱模态分析数据设计了无角位移隔振装置,该隔振装置能够将载机振动引起的角位移转化成线位移并有效地抑制线振动。对无角位移隔振装置进行了动态仿真分析,仿真结果显示最大线位移仅为0.7 mm,并能够在较短时间内迅速地衰减。利用光学测量法测量了无角位移隔振装置的减振效果,测量结果表明无角位移隔振装置最大角位移为10″,与以往采用金属减振器的隔振方式相比减振效果提高了一个数量级,基本实现了无角位移,减振效果非常明显。外场试飞图像效果也验证了无角位移隔振装置减振的有效性。     

振动影响航空TDICCD相机像质的集成分析

采用集成建模分析法,研究了航空TDICCD相机的成像质量受到振动载荷激励影响后的变化程度。在振动激励下,光学系统镜面会产生变形和微位移,使光学性能下降。设计了一种采用非球面镜片的航空相机光学系统,建立了航空相机光机系统的有限元模型,对其进行动力学分析,得到振动激励下的各个镜面节点位移量,以Fringe Zernike多项式为接口对镜面变形进行拟合,将拟合得到的12组37项系数输入到光学软件的航空相机光路模型中进行光学性能评价。分析表明,该航空相机光学系统在振动激励下,91 lp/mm分辨率时光学调制传递函数下降了9.7%,像点点列图发生偏移和弥散,需采取相应的减振措施。     

姿态变化对航空推扫式成像的影响分析

航空推扫成像时,由载机的姿态变化产生的像移是影响光学成像质量的主要因素之一,可由稳定平台进行补偿。基于某机载成像光谱仪系统,首先利用齐次坐标变换法建立像移速度矢量的精确计算模型,分析了成像质量对飞行姿态精度的要求,从而选定稳定平台参数。接着,分析了姿态补偿残差对成像质量的影响,得出引起的相对像移速度偏差仅为10-1,为后续光谱定标和几何校正提供了参考。再次,研究了给定成像要求的飞行参数指标的分配问题,进行了像移速度误差分析。最后,开展了飞行成像试验。结果表明所选的PAV30稳定平台能够确保成像期间的姿态稳定,验证了上述分析正确合理。所提出的方法简单,易于实现,具有一定的工程应用价值。     

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.     

光电平台无角位移减振机构运动分析

分析了光电平台的工作环境和角振动对成像质量的影响，应用空间机构学原理和减振理论，设计了一种既具减振功能又能抑制角位移的无角位移减振机构。对减振机构的减振机理及运动特性进行了分析，并利用三维建模软件和MSC．Visual Nastran 4D仿真分析软件对该减振机构进行了三雏实体仿真分析，通过输出的仿真数据及曲线检验无角位移减振原理的正确性。     

TDI-CCD光靶相机动态成像同步误差分析

TDI-CCD相机在对运动目标成像时,由于在光积分时间内成像目标的快速变化,导致目标图像与CCD像元之间存在着相对运动,由此造成不同步采集而产生的像移.针对上述问题.采用像移调制传递函数(MTF)分析了TDI-CCD行扫速率与运动像不同步时对相机成像质量的影响,并利用矩形靶标对TDI-CCD动态成像进行了实验测试.结果表明,在奈奎斯特频率范围内,只要将TDI-CCD推帚成像过程中的同步误差控制在一定的范围内,并使TDI-CCD的驱动时钟处于连续多相的工作方式,就可以明显地减少像移对成像质量的影响.     

航空相机的像面旋转特性分析

航空相机利用45°反射镜绕光轴旋转对地物的扫描进行多航迹成像,45°反射镜绕光轴旋转时,物体反射像也将绕光轴进行旋转,造成像面信息无法配准,为此必须采取适当的措施来消除像旋转,保证相机成像质量。从产生像方旋转的原因出发,基于光学反射成像理论,通过实例分析,归纳总结出扫描反射镜、光学成像物镜、折返镜对航空相机像面旋转特性的作用和影响,给出判断像旋转方向的一般方法,并以此为补偿像方旋转的理论依据,提出了一种新型的补偿方法。通过地面试验,获得了完全消除像旋转的图像信息,结果表明：该方法的同步旋转误差造成的最大像移量小于1／3像元,能够获得良好的图像效果而没有模糊,验证了像方旋转理论的正确性,及其补偿方法的可行性和实用性。     

小型面阵航空相机系统的像移补偿

设计了一种小型面阵航空相机系统.该系统采用大面阵CMOS图像传感器作为成像器件,通过反射镜扫描进行像移补偿的方法,实现无人机飞行状态时清晰地数字成像.实验室前向像移补偿实验结果表明,该系统对于前向像移进行了较好的补偿,达到指标要求,成像清晰.     

机载三维成像激光雷达实时探测精度分析

为了提高机载增益调制型三维成像激光雷达系统实时探测时的测距精度,推导了该激光雷达的测距公式,可以得出距离精度与探测器探测到的光强密切相关,机载实时探测时各种运动引起的像移会通过强度图来影响测距精度和成像质量。基于光学成像原理和坐标变换矩阵原理,分析了该激光雷达实时探测时飞行器姿态变化对成像质量的影响,分析结果显示,飞行器姿态变化对z方向的位移影响最大为0.0298个像素,可以忽略不计,而对x,y方向像移影响比较大。研究了飞行器同一个姿态变化对地面点的像移影响,研究结果表明,像移会随着地面物点对光轴的夹角和飞行方向的夹角改变而改变。     

星载遥感相机像移分析

随着航天遥感技术的不断发展,遥感相机对地分辨率不断提高。在空间遥感成像过程中,由于成像载体与地面目标之间存在相对运动,导致目标图像在成像介质上产生像移,使遥感图像模糊不清,所以像移补偿成为提高成像质量和相机分辨率不可缺少的环节。通过建立计算遥感像移的数学模型,对各种因素产生的像移影响进行定量分析。结果表明:对星载遥感相机进行像移补偿时,可以忽略由于卫星姿态改变等随机因素产生的像移,而主要补偿因卫星沿轨道运动和地球自转造成的像移。最后,通过对实例的仿真验算,提出了一套针对星载遥感相机的机械式像移补偿方案。     

稳定平台对机载线阵相机成像质量的影响

在线阵传感器的航空摄影过程 中,飞机姿态变化会对成像造成影响,导致成像模糊。因 此根据航空投影的坐标变换方程,采用Monte Carlo算 法分析了曝光时间、稳定平台位置补偿残差以及角速度补偿残 差等参数对线阵相机成像质量的影响。结果表明,高性 能机载线阵相机必须配备高性能稳定平台;同时,灵敏度 高、曝光积分时间短的线阵探测器对于成像质量的提升 具有重要意义。     

系泊状态下捷联惯导自对准算法

系泊状态下,陀螺仪与加速度计的输出会受到角运动与线振动的干扰。为此,该文在姿态求解方法(Wahba)初始对准方法的基础上引入隐式马尔科夫模型卡尔曼滤波(HMM/KF),由角运动和线振动引起的干扰经过HMM/KF滤波器被滤除。与传统数字滤波器采用先验固定截止频率相比,该方法具有更强的自适应性。利用海上实验对比分析引入HMM/KF滤波的对准结果,研究结果表明,该方法不需进行粗对准,能在系泊状态下快速实现自对准。     

动载体光电平台角振动隔振设计

动载光电系统具有机动灵活、实时准确、视场范围广、针对性强等特点,是获得各种图像信息的主要平台.光电系统由于受内部和外部振动的影响,其任务载荷在相对恶劣的环境下工作,为提高任务载荷的成像质量,有必要对光电平台的振动环境加以改善,减少对成像质量影响较大的角振动.通过对动载体平台振动及其对成像质量的影响分析,根据动力学普遍原理建立了两轴四框架光电平台的隔振模型,采用在内外框架之间对称的弹性布局方案,有效地解除了线振动对角振动的耦合影响;合理地选择弹性参数,有效提高了角振动的隔离效果.     

在振动环境下相位噪声对星机BiSAR的影响

振荡器的相位噪声是影响BiSAR获得高分辨率图像的重要因素之一。振荡器是一种对振动极为敏感的器件。因此,在振动环境下,定量分析相位噪声对BiSAR的影响是十分必要的。文中基于两个独立非同分布的振荡器,机载SAR在静态条件和随机振动环境下,推导了星载一机栽混合BiSAR（SA-BiSAR）积分旁瓣比的计算公式。仿真结果表明,在静态条件下,SA—BiSAR仍然具有很低的相噪谱;机载SAR在振动环境下,对于L波段,可以满足成像的基本要求;对于X波段,需采取必要的隔振措施提高系统的抗振性能来满足成像的条件。     

基于回波数据的高分辨力机载SAR运动补偿

该文详细地分析了基于距离压缩数据的运动补偿和基于复图像的运动补偿的机理,提出了基于 回波数据的高分辨力机载SAR运动补偿算法。该算法采用子孔径技术,利用修改的最大对比度法提取子孔径的多普勒调频斜率,作距离压缩数据的时域运动补偿,然后用PGA作复图像的频域运动补偿。实录数据的成像实验表明,该算法能有效地克服单一运动补偿算法的场景依赖性,获得比较满意的成像质量。     

卫星振动综合成像仿真(英文)

卫星平台的振动会导致曝光时间内光学相机和物体之间的相对运动,从而严重影响了成像质量。但实际中图像的退化形式较为复杂,而且很难确定退化图像的退化形式和退化参数,而图像的退化仿真为解决该问题带来了极大的便利。通过分析卫星平台振动规律及其对图像的影响,提出了一个新的概念———像移路径,并提出了基于像移矩阵的等权时间图像退化方法。该方法使得退化仿真过程综合了卫星的所有姿态和频段的振动带来的影响。因此,已知卫星振动函数和原始图像,即可仿真生成退化图像。通过仿真图像频谱特性的理论值与实验值的对比分析,验证了该仿真方法的可靠性。     

机载SAR斜视区域成像研究

本文研究机载合成孔径雷达（SAR）斜视区域成像,提出在一维距离像上对地面像素逐个进行距离对准和相位补偿的运动补偿方法.该方法在完成斜地校正的同时,还能有效地改善方位聚焦并减小几何失真.用上述运动补偿方法和线性R-D成像算法,某型机载SAR在试飞实验中成功实现了斜视区域成像.     

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。     

基于可分离模糊核的复合运动模糊星图建模与仿真

在采用天文光学自主导航方式进行深空探测时,导航星的视星等高,为获取清晰的星图,星敏感器焦距长、曝光时间长,同时受探测器多种运动复合的影响,星图易产生模糊拖尾现象,很难用基于硬件的常规方法有效复原。研究复合运动模糊星图的建模方法,可揭示星敏感器与导航星的真实相对运动对星图像质的影响规律,从而用软件算法复原高像质星图,提高星敏感器的动态性能。由于缺乏确定的参数模型,复合运动模糊星图建模难度较大。提出了一种基于可分离模糊核的复合运动模糊星图建模的新方法,研究星敏感器角运动和角振动对成像的影响,并与常用的分步模糊方法比较。仿真表明:基于可分离模糊核方法的仿真星图更符合星敏感器实际运动对星图退化的影响;星敏感器的复合运动特别是旋转运动对质心提取效果具有显著影响,严重时会导致星敏感器无法定姿。     

快速平滑点特征轨迹电子稳像

为了提高机载成像系统输出视频的图像质量,提出了一种快速平滑点特征轨迹的稳像算法。以消除全局运动估计的帧间匹配累积全局运动、实现长时快速稳像为目的,建立有别于传统实时稳像模式的系统框架。首先采用SURF算法从原始的抖动视频中提取不稳定的特征点;其次利用Delaunay三角剖分算法判断特征点的邻接性,生成点特征轨迹;再次采用Kalman 滤波器对不稳视频中得到的点特征轨迹进行滤波处理,得到平滑的点特征轨迹;最后由原始点特征轨迹和平滑点特征轨迹估算出直接需要补偿的全局运动矢量。实验结果表明:该方法不仅能够实时处理失稳航摄视频,有效改善机载成像系统的图像质量,而且能够估计出相互独立的帧间全局运动矢量,可以应用于需要长时间稳像的场合。