一种离轴相机积分时间确定方法技术

一种离轴相机积分时间确定方法，针对传统方法对离轴相机积分时间计算存在偏差的问题，采用运动学理论及立体几何方法，由卫星轨道、姿态、成像点参数计算得到地速矢量，构建地速、像速、视轴矢量三角形，解矢量三角形计算像速的大小及像速矢量，利用相机像元尺寸、焦距、摄影点斜距等参数计算得到精确的离轴相机积分时间。本发明专利技术方法简洁高效，准确合理；避免了传统的坐标转换方法可能带来的偏差，通过对相关物理量关系的准确分析，精确的计算离轴相机的积分时间，提高CCD积分时间计算结果的准确性，改善卫星成像质量，在工程应用中精度更高；还可进一步推导出离轴相机偏流角的计算方法；且同样适用于同轴相机，适应性更广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种离轴相机积分时间确定方法，特别涉及一种可用于相机光轴与视轴不重合的TDICCD相机积分时间计算方法。
技术介绍
积分时间是星上TDICCD推扫式光学遥感相机的重要指标，关系着遥感卫星成像质量的好坏，准确计算实时的星上相机成像所需的积分时间，是获得高质量的对地遥感图像的重要前提之一。由于相机采用TDICCD器件成像，相机的积分时间需要根据卫星轨道进行调整。根据TDICCD成像原理，理想的积分时间是地物在焦面上所成的像移动一行需要的时间。当满足理想积分时间条件时，像的移动速度和TDICCD电荷转移速度相同。如果积分时间不匹配，将导致像移模糊，系统传递函数(MTF)下降。离轴相机指视轴和光轴不重合的相机。在分析相机积分时间时，重要的参数是计算速高比，这里的速指地速在CCD面的分量。在相关文献中有采用坐标转换的方法，将地速转换到以相机本体系描述的CCD平面上，此种方法对于视轴与光轴重合的相机没有问题，但是对于视轴和光轴不重合的相机，则存在一定的偏差。这种偏差在离轴角度较小时差异较小，一般不影响工程使用；在离轴角度较大时，或者工程精度要求较高时，则需要跟精确的算法消除该偏差的影响。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：针对传统方法对离轴相机积分时间计算存在偏差的问题，提出一种离轴相机积分时间确定方法，该方法可有效解决当前工程设计中越来越多的离轴相机积分时间计算难题，提高积分时间计算结果的准确性与精度。本专利技术的技术方案是：一种离轴相机积分时间确定方法，包括如下步骤：(1)根据运动学原理计算地速矢量v地＝-ωe×R+(vs+ωb×H)；其中ωe是地球角速度矢量，R是地心到成像点的矢量，vs是卫星速度矢量，ωb是卫星本体坐标系具有的角速度矢量，H是卫星到成像点的距离矢量；(2)构建相关速度矢量组成的矢量三角形，并判断地速在视轴方向上的投影分量方向；构成矢量三角形的三个矢量分别为：地速v地，像速vccd，地速在视轴上的分量v视轴；若地速矢量v地在CCD平面以下，则v视轴方向向下，即从卫星指向成像点；若地速矢量v地在CCD平面以上，则v视轴方向向上，即从成像点指向卫星；(3)计算得到像速vccd的单位矢量nccd，即像速在CCD平面内的方向；其中获得v地的单位矢量n地，光轴的单位矢量n光轴，(4)计算像速的大小及像速矢量；分别计算n视轴、n地、nccd三个矢量之间的夹角α视轴-地、α视轴-ccd，α视轴-地＝cos-1(n视轴·n地)，α视轴-ccd＝cos-1(n视轴·nccd)如果α视轴-地<α视轴-ccd，表明地速矢量在CCD平面以下，则α视轴-ccd取其补角；如果α视轴-地>α视轴-ccd，表明地速矢量在CCD平面以上，α视轴-地取其补角；解矢量三角形，由正弦定理：有vccd＝|vccd|·nccd；(5)根据像速矢量及相关参数获得积分时间其中vccdx为矢量vccd沿CCD片推扫方向的分量，h为CCD片到摄影点斜距的大小，f为相机的焦距，d为相机的CCD像元尺寸。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)本专利技术方法采用运动学理论及立体几何方法，简洁高效，推导出的计算公式准确合理；(2)本专利技术方法避免了传统的坐标转换方法可能带来的偏差，通过对相关物理量关系的准确分析，可以精确的计算离轴相机的积分时间，提高CCD积分时间计算结果的准确性与精度，改善卫星成像质量，在工程应用中精度更高；(3)本专利技术方法还可进一步推导出离轴相机偏流角的计算方法；(4)本专利技术方法同样适用于同轴相机，适应性更广。附图说明图1为本专利技术方法流程图；图2为离轴相机积分时间计算相关矢量示意图；图3为离轴相机积分时间计算矢量三角形示意图(地速矢量在CCD平面以下)；图4为离轴相机积分时间计算矢量三角形示意图(地速矢量在CCD平面以上)；图5为像速方向计算示意图。具体实施方式(1)根据运动学原理计算地速矢量；根据相对速度等于绝对速度减去牵连速度，对于一般情况，成像点相对于卫星的速度，可用下式计算：v地＝ωe×R-(vs+ωb×H)(1)其中ωe是地球角速度矢量，R是地心到成像点的矢量，vs是卫星速度矢量，ωb是卫星本体坐标系具有的角速度矢量，H是卫星到成像点的距离矢量。定义地速为卫星相对成像点的速度，有v地＝-ωe×R+(vs+ωb×H)(2)(2)构建几个相关速度矢量组成的矢量三角形，并判断地速在视轴方向上的投影分量方向；构成矢量三角形的三个矢量分别为：地速v地(在上一步中已经获得)，像速vccd(地速v地在CCD平面上具有分量，大小、方向均待求)，地速在视轴(卫星指向成像点的矢量)上的分量v视轴(大小待求，方向沿视轴或其反方向)。如果地速矢量v地在CCD平面以下(图2)，则v视轴方向向下(从卫星指向成像点)；反之，如果地速矢量v地在CCD平面以上(图3)，则v视轴方向向上(从成像点指向卫星)。(3)计算得到像速vccd的单位矢量nccd，即像速在CCD平面内的方向；获得v地的单位矢量n地，n地为地速矢量方向的单位矢量，nccd为地速在CCD平面上的投影。见图4。获得光轴的单位矢量n光轴，n光轴垂直于CCD平面，即为CCD平面的法线，计算中间量n1＝n光轴×n地将n1归一化，n1为CCD平面上的单位矢量由于nccd为地速在CCD平面上的投影，因此n光轴、n地、nccd共面，同时垂直于n1，所以有(4)计算得到像速的大小及像速矢量；分别计算n视轴、n地、nccd三个矢量之间的夹角α视轴-地、α视轴-ccd，α视轴-地＝cos-1(n视轴·n地)(4)α视轴-ccd＝cos-1(n视轴·nccd)(5)判断：a)如果α视轴-地<α视轴-ccd，说明地速矢量在CCD平面以下(图2)，α视轴-ccd取其补角；b)如果α视轴-地>α视轴-ccd，说明地速矢量在CCD平面以上(图3)，α视轴-地取其补角；解矢量三角形，由正弦定理：有vccd＝|vccd|·nccd(7)(5)根据像速矢量及相关参数计算积分时间。首先计算速高比。获得矢量vccd沿CCD片推扫方向的分量vccdx，CCD片到摄影点斜距h的大小，可以计算速高比B，具体计算公式为：然后根据速高比和相机的焦距、像元尺寸计算CCD对应的积分时间，其计算公式为：其中f为相机的焦距，d为相机的CCD像元尺寸，vx为像速在CCD片推扫方向的分量。本专利技术说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离轴相机积分时间确定方法，其特征在于包括如下步骤：(1)根据运动学原理计算地速矢量v地＝‑ωe×R+(vs+ωb×H)；其中ωe是地球角速度矢量，R是地心到成像点的矢量，vs是卫星速度矢量，ωb是卫星本体坐标系具有的角速度矢量，H是卫星到成像点的距离矢量；(2)构建相关速度矢量组成的矢量三角形，并判断地速在视轴方向上的投影分量方向；构成矢量三角形的三个矢量分别为：地速v地，像速vccd，地速在视轴上的分量v视轴；若地速矢量v地在CCD平面以下，则v视轴方向向下，即从卫星指向成像点；若地速矢量v地在CCD平面以上，则v视轴方向向上，即从成像点指向卫星；(3)计算得到像速vccd的单位矢量nccd，即像速在CCD平面内的方向；其中获得v地的单位矢量n地，光轴的单位矢量n光轴，(4)计算像速的大小及像速矢量；分别计算n视轴、n地、nccd三个矢量之间的夹角α视轴‑地、α视轴‑ccd，α视轴‑地＝cos‑1(n视轴·n地)，α视轴‑ccd＝cos‑1(n视轴·nccd)如果α视轴‑地<α视轴‑ccd，表明地速矢量在CCD平面以下，则α视轴‑ccd取其补角；如果α视轴‑地>α视轴‑ccd，表明地速矢量在CCD平面以上，α视轴‑地取其补角；解矢量三角形，由正弦定理：有vccd＝|vccd|·nccd；(5)根据像速矢量及相关参数获得积分时间其中vccdx为矢量vccd沿CCD片推扫方向的分量，h为CCD片到摄影点斜距的大小，f为相机的焦距，d为相机的CCD像元尺寸。...

【技术特征摘要】
1.一种离轴相机积分时间确定方法，其特征在于包括如下步骤：(1)根据运动学原理计算地速矢量v地＝-ωe×R+(vs+ωb×H)；其中ωe是地球角速度矢量，R是地心到成像点的矢量，vs是卫星速度矢量，ωb是卫星本体坐标系具有的角速度矢量，H是卫星到成像点的距离矢量；(2)构建相关速度矢量组成的矢量三角形，并判断地速在视轴方向上的投影分量方向；构成矢量三角形的三个矢量分别为：地速v地，像速vccd，地速在视轴上的分量v视轴；若地速矢量v地在CCD平面以下，则v视轴方向向下，即从卫星指向成像点；若地速矢量v地在CCD平面以上，则v视轴方向向上，即从成像点指向卫星；(3)计算得到像速vccd的单位矢量nccd，即像速在CCD平面内的方向；其中获得...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯昊，赵峭，田百义，周静，刘德成，汪中生，孟占峰，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京;11