空间相机像移速度计算方法及DSP实现

为了精确匹配地物运动在空间相机像面上产生的像移,实现了以WGS-84坐标系下航天器位置向量及速度向量、航天器轨道坐标系下姿态角及姿态角速率作为输入参数的像移速度计算方法.首先,在原有像移速度计算模型的基础上选取惯性坐标系,降低了求解轨道倾角和降交点经度的复杂性.通过球面几何的余弦定理直接求解航天器与降交点相对地心夹角的余弦值,避开了原像移速度计算模型中通过判断卫星飞行方向和星下点纬度来求解航天器与降交点相对地心夹角余弦值这一过程.然后,有机联系星下点的经度和纬度与FLASH的地址,避开访问高程数据时繁琐的查表过程.通过分析像移速度残差对相机MTF的影响,评估了像移速度计算模型的可行性.最后,在TI的DSP上实现了像移速度的整个计算过程.分析及实验结果表明,像移速度计算残差为0.15%,引起相机的MTF下降为1%,像移速度计算时间＜2 ms,满足空间相机对像移速度的计算精度和计算时间等要求.     

基于差分法的空间相机像移速度矢量计算

为了实现空间相机精密像移补偿,提出了一种基于差分法的空间相机像移速度矢量计算模型.首先,应用坐标变换建立空间相机对地成像模型,分析了空间相机在垂直摄影、侧摆摄影和前后摆摄影时,目标像点与成像面之间的相对运动情况.然后,根据目标像点在成像面上的匀速运动规律,提出对像点位置坐标进行差分计算求得像移速度矢量的方法.最后,对提...     

考虑飞机姿态角时倾斜航空相机像移速度计算

飞机的飞行和姿态变化使航空相机在拍照时产生像移,必须通过像移补偿来提高照相分辨率。为获得飞机姿态角变化时在倾斜航空相机像面上的像移速度大小,首先建立姿态变化过程的数学模型,用坐标系的旋转来等同姿态角的变化,然后根据坐标系旋转前后相同点坐标值之间的矩阵转换关系,推算出单个姿态角变化导致的像移速度,最后将此方法推广到三个姿态角都变化时像移速度的计算。实际应用证明了该方法是一种有效的斜视画幅式航空相机的像移速度计算法,且直观、简单易行,还可以扩展到星载相机上。     

TDI CCD全景航空相机前向像移补偿的DSP实现

航空相机拍照的过程中沿着飞行的方向,景物与感光介质之间存在着相对运动,此种运动称为前向像移。为了提高航空相机的照相分辨率,必须对该像移进行补偿,从而以使景物与感光介质在拍照的过程中相对静止。本文首先分析了TDI CCD(Time Delay and Integration Charge-Coupled Devices)全景航空相机前向像移的产生原因,像移补偿精度与伺服系统指标之间的关系,以及补偿机构－反射镜的工作方式,然后提出了一种基于定点DSP(Digital Signal Processing)芯片的像移补偿控制系统,将前向像移的补偿算法用DSP芯片实时实现。本文深入讨论了DSP伺服控制系统中的补偿精度、算法选择、相位计算、时间约束等关键问题,最后给出了一种适合于工程实际的硬件结构与软件流程。     

基于像面旋转的画幅遥感相机姿态像移计算

以一种机载斜视画幅遥感相机为例,介绍了基于该相机建立像移数学模型的全过程.为交流方便,采用飞行力学国家标准的符号和转角正负,并选择与飞机相关的坐标系;提取相机几何模型,并将机体坐标系建立在相机适当位置,将目标航迹速度经飞机姿态矩阵、相机俯角矩阵、光学系统变换矩阵转换为像面坐标系下的像移速度,由此得到视场中心像移矢量计算公式.定性、定量地分析了像面旋转与姿态像移之间的关系;基于异速像移产生的原因,论证了像面旋转机构在姿态像移补偿过程中的作用.     

大视场空间相机的像移速度场模型及卫星三轴姿态稳定度分析

针对大视场空间相机的像移补偿,建立了基于坐标变换和姿态动力学的离轴三反大视场空间相机通用像移速度场模型。建模过程中考虑了离轴三反光学系统的离轴角对像移模型的影响,推导了离轴三反大视场空间相机的像速场解析式。以某大视场空间相机为例,分析了3种典型成像姿态下焦面像移速度和偏流角的分布特点,研究了卫星姿态稳定度对相机成像质量的影响。分析表明,卫星三轴姿态稳定度的降低会导致相机焦面动态传递函数(MTF)下降,其中俯仰姿态稳定度对焦面动态MTF的影响最大;并且随着积分级数增加,下降会愈发明显。相机侧摆姿态成像时,对卫星姿态稳定度的要求更高。以传递函数下降5%为限,积分级数为96级的大视场空间相机,要求卫星姿态稳定度控制在0.001(°)/s以内。实验结果验证了文中对卫星姿态稳定度的分析,证明了像移速度场模型的准确性,为大视场空间相机像移补偿提供了可靠依据。     

姿态对地指向不断变化成像时的像移速度计算

基于线阵时间延迟积分(TDI)CCD推扫成像原理,分析了敏捷卫星在三轴姿态机动过程中动态成像的像移问题。由于姿态对地指向不断改变会导致像面空间方位不断改变,从而造成像移速度的改变,本文通过坐标变换法推导出了动态成像方式下的像移速度数学解析表达式,仿真得到了不同姿态机动角速度情况下的TDICCD积分时间数量级。数值仿真分析表明:当前50μs级的航天相机在700km的轨道高度可以实现以0.5(°)/s角速度上限进行动态推扫成像;当姿态机动角速度大于0.5(°)/s时,曝光时间越来越短,需要设计更高水平的相机。以上结论表明,对于不同角速度的动态成像任务,需要量化TDICCD积分时间数量级,实现在三轴姿态机动过程中开启光学有效载荷来完成推扫成像的动态成像。     

航相机像移补偿计算的坐标变换方法

由于航空、航天照相要求的分辨力愈来愈高,对像移补偿系统的要求愈来愈高.要求对产生像移速度的诸因素考虑得更为全面,也就是影响像移速度的诸因素的测量精度和像移速度的计算模型要更精确.本文应用坐标变换方法进行了航相机的像移补偿计算.首先归纳了航空航天相机(简称航相机)中像移补偿的原理、技术途径和实现方法.其次给出航相机光学系统和运动形式的齐次坐标变换,实现了像移补偿计算模型的各个基本要素,从而提出了像移补偿计算的一般数学模型,此模型适用于各种航相机的像移速度和像移补偿计算.再次,对应用坐标变换方法进行像移补偿计算作了详细归纳,最后简单讨论了对像移速度矢量公式的简化方法和像移补偿误差计算方法,以期得到满足计算精度的简化表达式.通过计算模型四个环节的变化,可以将此方法应用到各类航相机像移补偿系统.     

航空相机纵向像移补偿性能检测

像移补偿机构是航空相机的关键组件。通过建立航空相机纵向像移量、像移速度模型,分析研究纵向像移补偿机构对像移补偿残差的影响特征,提出了运用像移补偿残差做为纵向像移补偿机构故障检测的新方法。经过对实际图像像移残差的实验分析,验证了该方法的有效性,可以实现工作状态下对航空相机的便捷随检。     

航相机的像移补偿方法及应用

在航相机拍照时不可避免的将产生像移,要提高成像质量和相机分辨力必须进行像移补偿.首先通过分析像移产生的原因及对图像造成的影响阐述了像移补偿的必要性和对像移补偿系统的要求,然后介绍了目前国内外主要采用的像移补偿法原理、实现途径及其应用范围,最后给出了一个应用多种像移补偿方案于同一相机的实例.     

空间遥感详查相机输片摄影系统机构运动分析仿真

应用CAD/CAE技术的机构运动分析(Mechanisms)模块分析仿真空间遥感详查相机输片摄影系统的运动,进行干涉检查并得到输片机构和像移速度补偿机构的运动参数,对设计进行评价和修改。     

像移对卫星摄影成像质量的影响

对卫星飞行速度,卫星姿态变化以及地球自转等产生的像移对卫星摄影成像质量的影响作出了定量的分析。     

光学系统动态像点移动的坐标变换法

以宇宙飞船为载体的航天相机在轨工作过程中,由于受到空间动力学干扰源的作用,飞船、整个光学系统以及光学元件可能会产生振动,并由此引起曝光时间内像点的移动。这些振动必将造成光学系统成像质量的下降。本文探讨了振动过程中像点移动的分析方法--坐标变换法,并利用这种方法计算了航天相机主镜振动时的像点移动。     

基于DSP的多轴运动控制器研究

针对国内外DSP的发展情况及现状,利用TMS320F28335芯片的高速运算能力和丰富资源实现数控系统中实时性要求较高的运动控制(直线插补、连续插补、位置控制、串行通讯等)。在此基础上,就该运动控制器的硬件及其软件设计的实现方法进行了讨论。这类运动控制器功能完善、性能优越,通常能提供板上的多轴协调运动控制,控制精度较高。     

脉动式无级变速器真实运动规律的研究

对脉动式无级变速器作了较全面的动力学分析。考虑运动副摩擦、电机转速，将系统简化为一个等效动力学模型；考虑超越离合器的弹性接触和滚动摩擦，建立了超越离合器楔紧过程的动力学模型。综合考虑上述各因素，对该机构进行了弹性动力学分析，计算出了考虑振动情况下的脉动式无级变速器的运动及动力特性、机构各运动副的约束反力以及超越离合器的动态工作过程等，为该无级变速器的开发研究及动态设计提供了依据。     

高速直线运动系统非线性摩擦力建模研究

在分析摩擦力非线性特性的基础上，针对高速直线运动系统建立了一种简单有效的空间摩擦力模型，引入附加摩擦力的概念描述了工作状态下扰动因素引起的摩擦力。分析并仿真了工作负载、移动单元质心偏移和运动耦合等扰动因素对摩擦力的影响，仿真与实验结果基本一致。提出的摩擦力模型更接近实际，拓宽了模型的应用范围，有望在高速直线运动系统轨迹跟踪控制中取得更好的效果。     

基于内在反馈的机械系统低速运动平稳性研究

运用集中参数法建立了机械系统进给机构的非线性动力学模型 ,从数学模型出发 ,基于内在反馈的概念 ,将控制论的观点引入了机械系统 ,用描述函数法导出了低速运动时出现自激的条件 ,提出了低速运动时抑制自激的方法 ,并在消除自激的基础上 ,基于文献[1]所提出的控制策略 ,给出了提高低速运动精度的控制方案。     

基于DSP运动控制卡的插齿运动控制

本文根据斜齿轮数控插齿的运动控制特点,提出了基于MCX314芯片的多轴运动控制硬件和软件的设计构想,对利用运动控制卡对斜齿轮全数字化插齿加工的运动控制方法进行了研究和探讨.     

基于曲线物理模型的轨迹运动规律研究

为了把轨迹的位置控制转变为运动规律控制,取消插补运算,建立数控机床运动控制的物理模型。根据运动学原理和几何学原理研究轨迹的几何参数、运动参数、规划参数之间的关系,写出了轨迹运动微分方程组。根据轨迹函数、规划参数可以计算出各坐标轴的瞬态运动参数。运动规律的代表是一组运动参数,用运动参数控制运动等于同时控制运动规律和几何规律。一条轨迹的位置点有无穷多个,但规律只有一个,按运动规律控制的方法是最简捷、最全面的。经过试验和仿真,证明运动参数控制轨迹的方法是能够同时控制位置和运动的好方法。     

基于DSP的高速运动控制器的设计

阐述了一种硬件功能强、软件丰富、速度快的运动控制器。该系统双DSP和ISP为核心,实现位置和速度反馈,达到四轴联动的功能。