一种卫星快速旋转超大幅宽摆扫成像方法技术

编号:201610565836 阅读:13 评论( 0 )

一种卫星快速旋转超大幅宽摆扫成像方法,本发明专利技术涉及超大幅宽摆扫成像方法。本发明专利技术是要解决常规成像方法无法满足地面区域超大幅宽成像,解决单个卫星相邻两轨成像区域之间的无缝拼接成像的问题,而提出的一种卫星快速旋转超大幅宽摆扫成像方法。该方法是通过一、计算垂直于轨道的幅宽L5;二、计算飞行方向的幅宽L1;三、确定探测器光轴中心在地表的星下点轨迹上的距离L2的临界值是飞行方向的幅宽L1;四、计算探测器沿轨方向的自旋速度;五、计算各种轨道条件下探测器实现超大幅宽成像时对应的分辨率Ac;六、计算CCD行频Fp;七、计算两轨的成像区域之间叠加距离为L6等步骤实现的。本发明专利技术应用于超大幅宽摆扫成像领域。

Satellite rapid rotating ultra large width swing scanning imaging method

The invention relates to a satellite rapid rotating ultra large width swing scanning imaging method, which relates to an ultra large width swing scanning imaging method. The present invention is to solve the conventional imaging methods can not meet the ground area of large width imaging, solve seamless imaging between single satellite imaging region adjacent to the two rail problems, put forward a fast rotating sweep width large satellite imaging method. This method is through a calculation, perpendicular to the track width of L5; two, calculating the flight direction of the width of L1; three, to determine the critical value of optical axis center in subastral point on the surface of the distance L2 is the direction of flight four, the width of L1; calculate the detector along the track direction of the spin speed; five, corresponding to the various calculation track condition detector imaging resolution of large width Ac; six, CCD line Fp calculation; between the imaging area seven, calculation of two rail superimposed distance L6 steps etc.. The invention is applied to the field of ultra large width swing scanning imaging.

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1 技术实现步骤摘要

一种卫星快速旋转超大幅宽摆扫成像方法
本专利技术涉及卫星超大幅宽摆扫成像方法,特别涉及一种卫星快速旋转超大幅宽摆扫成像方法
技术介绍
卫星的推扫成像一般是通过将探测器安置在垂直于卫星的飞行方向上,卫星向前飞行的时候,一次收集一行图像。图像的范围大小依据探测器中CCD的视场范围而定,一般采用多个CCD拼接或者同时增大相机侧摆能力可实现更大范围的视场。这是目前较通用的光学遥感卫星成像方式。卫星的摆扫成像是使用反射镜将光线反射到探测器内,利用反射镜的往返摆动收集一个像素上的测量值。这种成像方式移动部件非常昂贵且容易损坏,视场范围有限。本专利技术在常规卫星推扫和摆扫成像的基础上,提出一种利用卫星快速旋转实现超大幅宽摆扫成像的方法。线阵CCD与卫星飞行方向平行,通过探测器360°连续自旋,同时实现摆扫和推扫,从而实现卫星对地成像覆盖范围的最大化。现阶段常规卫星均为静态推扫成像或大角度动态推扫成像,专利号CN201410151609.9“一种基于增量式偏流角的动中成像卫星姿态控制方法”,涉及一种动中成像卫星姿态控制方法,选取卫星当前目标姿态为参考基准,求解偏流角的增量,并将更新后的参考姿态矩阵作为姿态控制时的目标姿态矩阵,使得卫星姿态能够跟踪上目标姿态。专利号CN201410163903.1“一种新型敏捷卫星机动中成像方法”,该方法在卫星模型中建立CCD像平面,通过投影计算得到像移速度矢量和偏流角,控制卫星的偏航角进行偏流角的修正,满足机动中的成像要求,实现卫星在三轴姿态机动过程中开启光学有效载荷进行成像的动态成像。专利号CN201510466057.5“反射镜摆动宽幅成像系统及成像方法”,提供了一种反射镜摆动宽幅成像系统,通过摆动反射镜的转动扩大可见光面阵成像相机的成像视场,实现可见光面阵成像相机对星下点的宽度方向进行多角度拍照。上述技术方案只能针对卫星均为静态推扫成像、大角度动态推扫成像或卫星静态反射镜摆动成像,无法满足地面区域超大幅宽成像,不能解决单个卫星相邻两轨成像区域之间的无缝拼接成像问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决只能针对卫星均为静态推扫成像、大角度动态推扫成像或卫星静态反射镜摆动成像的方法,无法满足地面区域超大幅宽成像,不能解决单个卫星相邻两轨成像区域之间的无缝拼接成像问题,而提出的一种卫星快速旋转超大幅宽摆扫成像方法。上述的专利技术目的是通过以下技术方案实现的:步骤一、假设卫星轨道高度h,取地球半径R,计算圆心角2θ所对应的卫星轨道的曲线上的AB两点之间的曲线距离即垂直于轨道的幅宽L5;步骤二、假设探测器视场角为η,则根据视场角和轨道高度计算探测器的视场范围L1即为飞行方向的幅宽;步骤三、两次成像时探测器光轴中心在地表的星下点轨迹上的距离L2必须小于等于飞行方向的幅宽L1,L2的临界值是飞行方向的幅宽L1;步骤四、取临界值L2=L1带入如下公式则计算出探测器沿轨方向的自旋速度:探测器绕沿轨方向的自旋速度大于等于vZ时,满足探测器的两次相邻成像区域之间没有缝隙,如果低于vZ,则两次成像区域之间会有缝隙;步骤五、结合探测器固有的特征参数选择不同的侧摆角度计算各种轨道条件下探测器实现超大幅宽成像时对应的分辨率Ac;其中,探测器固有的特征参数包括像元尺寸和焦距;步骤六、根据探测器自旋速度vZ及分辨率Ac计算CCD行频Fp:步骤七、已知卫星轨道高度为h的太阳同步轨道,卫星绕地球一圈为T,则一天卫星绕地球约Q圈,赤道周长为l,则在赤道处,相邻两轨之间的距离为L3=l/Q,已知轨道倾角为σ,则两轨之间的直线距离为L4=L3×sinσ,由计算已知垂直于轨道的幅宽L5,则计算相邻两轨成像区域之间的叠加距离为L6=L5-L4。专利技术效果本专利技术在常规卫星推扫和摆扫成像的基础上,提出一种利用卫星快速旋转实现超大幅宽摆扫成像的方法。线阵CCD与卫星飞行方向平行,通过卫星360°连续自旋,卫星快速旋转速度1~10°/s;同时实现摆扫和推扫,实现卫星对地成像覆盖范围的最大化从而实现中低轨道卫星千公里级的超大幅宽摆扫成像。传统的推扫、摆扫卫星成像,如果要对某一区域完全覆盖,需要多次对该区域重访,即多轨数据拼接;虽然加上侧摆能力可以加大对区域的覆盖能力,但是一次性采集地面数据的时间分辨率和覆盖能力都不能满足当前卫星快速响应的任务需求。本专利技术综合考虑了卫星的机动能力和成像能力,依据卫星动态成像的姿态角和姿态角速度的变化及动态变化对成像的影响,设计了一种在卫星飞行过程中,探测器光轴随着卫星的前进方向旋转,在沿轨方向或非沿轨方向成像,从而实现一次性大范围覆盖成像的方法。本专利技术公开了一种卫星快速旋转超大幅宽摆扫成像的方法,该方法针对传统遥感卫星上采用的推扫、摆扫成像方法中幅宽有限的问题,在卫星飞行过程中,使探测器光轴随着卫星的前进缓慢的向前;随着卫星的360°匀速旋转,向左或右推移。使沿轨方向或非沿轨方向成像幅宽增大,以实现大范围覆盖成像的目的。本专利技术方法简单可靠、易行,扩大了推摆扫成像范围,扩展了推摆扫卫星的应用领域。本专利技术是国内首个针对扩大成像范围提出的卫星快速旋转超大幅宽摆扫成像及大覆盖面积的可靠方法。探测器的旋转可以通过探测器相对于卫星平台旋转或者随整星结构整体旋转实现。为实现卫星进动和地球自转情况下卫星对地面大区域探测,卫星姿态控制系统需要保证探测器360°连续匀速旋转,成像时卫星姿态控制系统需要对卫星本体坐标系相对于轨道坐标系的三轴姿态角(横滚俯仰θ,偏航ψ)进行实时控制,以保证探测器匀速自旋,自旋速度的选取要保证摆扫过程中相邻成像区域之间没有漏缝,即保证成像区域1与成像区域2之间没有缝隙,如图2所示。附图说明图1为具体实施方式一提出的卫星自旋飞行示意图;图2为具体实施方式一提出的探测器覆盖区域示意图。图3为具体实施方式一提出的垂轨幅宽计算示意图。图4为具体实施方式一提出的沿轨幅宽计算示意图。图5为具体实施方式一提出的一定侧摆角成像对应的分辨率下降示意图。图6为具体实施方式一提出的卫星侧摆角与地面成像分辨率对应关系。图7为实施例提出的两轨拼接示意图。具体实施方式具体实施方式一:本实施方式的一种卫星快速旋转超大幅宽推扫成像方法,具体是按照以下步骤制备的:步骤一、假设卫星轨道高度h,取地球半径R,计算圆心角2θ所对应的卫星轨道的曲线上的AB两点之间的曲线距离即垂直于轨道的幅宽L5,如图3所示;步骤二、假设探测器视场角为η,则根据视场角和轨道高度计算探测器的视场范围L1即为飞行方向的幅宽如图4所示;步骤三、只有探测器两次相邻的成像区域之间无缝隙才能实现超大幅宽,成像区域示意图见图2,即两次成像时探测器光轴中心在地表的星下点轨迹上的距离L2必须小于等于飞行方向的幅宽L1,因此,可认为L2的临界值是飞行方向的幅宽L1;步骤四、取临界值L2=L1带入如下公式则计算出探测器沿轨方向的自旋速度:探测器绕沿轨方向的自旋速度大于等于vZ时,可以满足探测器的两次相邻成像区域之间没有缝隙,如果低于vZ,则两次成像区域之间会有缝隙,不能实现超大幅宽成像;步骤五、探测器的地表分辨率与其侧摆角度大小密切相关,一种卫星快速旋转超大幅宽摆扫成像的方法,通过探测器的360°旋转能够提供大范围的侧摆角,但并不是随着侧摆角的增大探测器的分辨率越高,只是在一本文档来自技高网
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<a href="http://www.xjishu.com/zhuanli/52/201610565836.html" title="一种卫星快速旋转超大幅宽摆扫成像方法原文来自X技术">一种卫星快速旋转超大幅宽摆扫成像方法</a>
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2 技术保护点

一种卫星快速旋转超大幅宽摆扫成像方法,其特征在于,该方法具体是按照以下步骤进行的:步骤一、假设卫星轨道高度h,取地球半径R,计算圆心角2θ所对应的卫星轨道的曲线上的AB两点之间的曲线距离

3 技术保护范围摘要

1.一种卫星快速旋转超大幅宽摆扫成像方法,其特征在于,该方法具体是按照以下步骤进行的:步骤一、假设卫星轨道高度h,取地球半径R,计算圆心角2θ所对应的卫星轨道的曲线上的AB两点之间的曲线距离即垂直于轨道的幅宽L5;步骤二、假设探测器视场角为η,则根据视场角和轨道高度计算探测器的视场范围L1即为飞行方向的幅宽;步骤三、两次成像时探测器光轴中心在地表的星下点轨迹上的距离L2必须小于等于飞行方向的幅宽L1,L2的临界值是飞行方向的幅宽L1;步骤四、取临界值L2=L1带入如下公式则计算出探测器沿轨方向的自旋速度:探测器绕沿轨方向的自旋速度大于等于vZ时,满足探测器的两次相邻成像区域之间没有缝隙,如果低于vZ,则两次成像区域之间会有缝隙;步骤五、结合探测器固有的特征参数选择不同的侧摆角度计算各种轨道条件下探测器实现超大幅宽成像时对应的分辨率Ac;其中,探测器固有的特征参数包括像元尺寸和焦距;步骤六、根据探测器自旋速度vZ及分辨率Ac计算CCD行频Fp:步骤七、已知卫星轨道高度为h的太阳同步轨道,卫星绕地球一圈为T,则一天卫星绕地球约Q圈,赤道周长为l,则在赤道处,相邻...

4 专利技术属性

发明(设计)人:曹喜滨金光王峰徐伟
申请(专利权)人:哈尔滨工业大学
专利类型:发明
专利号:201610565836
国别省市:黑龙江,23

5 专利技术项目评估

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