光学卫星成像系统及成像方法技术方案

本发明专利技术提供了一种光学卫星成像系统及成像方法，所述光学卫星成像系统包括探测器、快反镜及中央处理单元，其中：所述探测器利用面阵相机进行成像，所述成像采用对称空心视场进行连续扫描实现成像，使探测器相邻两次扫描成像的区域之间无缝隙，从而实现大区域观测；所述快反镜在所述面阵相机的成像光路中转动以补偿连续扫描造成的平动像移；所述中央处理单元根据所述平动像移控制所述快反镜的摆动角度。本发明专利技术通过空心对称视场设计可以减去视场中间空白区域的探测器，从而减少探测器数量，降低工程实现的成本。

【技术实现步骤摘要】
光学卫星成像系统及成像方法
本专利技术涉及卫星探测
，特别涉及一种光学卫星成像系统及成像方法。
技术介绍
对于光学卫星视场大小和分辨率存在制约关系，两者通常无法兼顾。随着卫星分辨率越来越高，其区域成像能力随着分辨率的升高而不断降低，在很大程度上限制了其应用效能。针对中高轨卫星有两个原因会进一步导致其效能降低。首先，针对的中高轨卫星，要达到米级成像精度，所需要的像元数量是巨大的。例如中高轨卫星10米的分辨率，一个像元对应的地面的10m2的方形区域。假设相机的视场角为3.1°，则相机需要的像元个数计算如下。面阵相机对应的视场直径L为L＝θ·H，其中θ为视场角，H为轨道高度，则有：视场面积S为需要的像元数目n＝2.978×1010个，即29.78G个像元，数目巨大。假设每个探测器含有1024×1024个像元，则需要28400个这样的探测器。另外，成像分辨率需求高，导致卫星成像过程的稳定性要求更高。例如4米分辨率的卫星，成像稳定性分析如下。积分时间内像元的偏移量Δl不超过像元的四分之一，即1米。Δl＝ωl·Δt·H其中Δt为积分时间为0.01秒，ωl为成像积分过程的角速度，H为轨道高度36000km。可计算得到ωl为1.6×10-4°/s，即姿态稳定性要求为1.6×10-4°/s，稳定性控制需求极高。以上两个难题即数据巨大的探测器，极高的成像稳定性需求，使卫星设计的工程实现性很难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光学卫星成像系统及成像方法，以解决现有的中高轨卫星成像精度较高时，所需的像元数量太大的问题。本专利技术的目的还在于提供一种光学卫星成像系统及成像方法，以解决现有的中高轨卫星成像精度较高时，视场小的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种光学卫星成像系统，所述光学卫星成像系统包括探测器、快反镜及中央处理单元，其中：所述探测器利用面阵相机进行成像，所述成像采用对称空心视场进行连续扫描实现成像，使探测器相邻两次扫描成像的区域之间无缝隙；所述快反镜在所述面阵相机的成像光路中转动以补偿连续扫描造成的平动像移；所述中央处理单元根据所述平动像移控制所述快反镜的摆动角度。可选的，在所述的光学卫星成像系统中，所述对称空心视场包括圆环形空心视场或方环形空心视场；所述面阵相机采用在同一方向上连续扫描的方式将所述对称空心视场中间的空白区域填充，形成最终视场；所述最终视场的覆盖区域为所述对称空心视场垂直扫描方向的外轮廓行经区域。可选的，在所述的光学卫星成像系统中，以视场中心像移为基准，所述快反镜绕自身镜面内相互正交的X向与Y向的对称轴作小角度快速摆动，补偿平动像移；采用压电陶瓷驱动所述快反镜进行转动；所述快反镜与面阵相机焦面的距离为L，当所述快反镜转动α角度时，所述快反镜反射的光线转动2α，反射光线成像点在所述面阵相机焦面上的补偿量为Lα。可选的，在所述的光学卫星成像系统中，所述光学卫星成像系统还包括反射装置和挡位摆镜，其中：所述反射装置和所述挡位摆镜在所述面阵相机的成像光路中反射成像。可选的，在所述的光学卫星成像系统中，所述探测器包括转动机构，利用压电陶瓷驱动所述探测器的转动机构补偿所述连续扫描造成的一维转动像移。本专利技术还提供一种光学卫星成像方法，所述光学卫星成像方法包括：探测器利用面阵相机进行成像，所述成像采用对称空心视场进行连续扫描实现成像，使所述探测器相邻两次扫描成像的区域之间无缝隙；快反镜在所述面阵相机的成像光路中转动以补偿连续扫描造成的平动像移；中央处理单元根据所述平动像移控制所述快反镜的摆动角度。在本专利技术提供的光学卫星成像系统及成像方法中，通过探测器利用面阵相机进行成像，成像采用对称空心视场进行连续扫描实现成像，使探测器相邻两次扫描成像的区域之间无缝隙，通过空心对称视场设计可以减去视场中间空白区域的探测器，从而减少探测器数量，降低工程实现的成本。克服了现有技术中中高轨卫星分辨率需求较高且覆盖区域大时，导致探测器数量巨大的问题，能够很好的适用于大视场的光学成像领域。进一步的，空心对称视场设计优点还包括：降低连续扫描的姿态角变化。空心对称视场在每个方向上的覆盖范围均相同，这样沿相机光轴的转动角可以保持为0度。一方面可以减少姿态角变化，另一方面可以保证相机成像过程中无转动方向的像移。本专利技术属于卫星总体设计方案，针对中高轨高分辨率光学卫星视场较小的问题，提出了面阵相机连续扫描成像技术机制。本专利技术适用于高分辨率、大区域、高时效光学卫星成像探测设计方案。进一步的，快反镜在面阵相机的成像光路中转动以补偿连续扫描造成的平动像移；中央处理单元根据平动像移控制快反镜的摆动角度，克服了连续扫描方式对面阵相机成像，存在积分时间内成像有较大像移的问题。另外，压电陶瓷驱动控制具有控制的响应速度快(达到微秒级)，控制精度高等特点，适合应用于快反镜的平动补偿控制，以及探测器转动机构的转动补偿控制。本专利技术设计面阵相机连续扫描成像的方式实现广域、高分辨率、高时效的成像观测。附图说明图1是本专利技术一实施例的圆环形空心视场示意图；图2是本专利技术另一实施例的方环形空心视场示意图；图3是本专利技术另一实施例的圆环形空心视场连续扫描形成最终视场覆盖的区域示意图；图4是本专利技术另一实施例的快反镜对平动像移进行动态补偿的原理示意图；图5是本专利技术另一实施例的光学卫星成像系统示意图；图中所示：10-圆环形空心视场；20-方环形空心视场；30-面阵相机；31-焦面；40-快反镜；50-反射装置；51-第一反射镜；52-第二反射镜；53-第三反射镜；60-挡位摆镜；70-光路。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的光学卫星成像系统及成像方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。本专利技术的核心思想在于提供一种光学卫星成像系统及成像方法，以解决现有的中高轨卫星成像精度较高时，所需的像元数量太大的问题。本专利技术的目的还在于提供一种光学卫星成像系统及成像方法，以解决现有的中高轨卫星成像精度较高时，视场小的问题。为实现上述思想，本专利技术提供了一种光学卫星成像系统及成像方法，所述光学卫星成像系统包括探测器、快反镜及中央处理单元，其中：所述探测器利用面阵相机进行成像，所述成像采用对称空心视场进行连续扫描实现成像，使探测器相邻两次扫描成像的区域之间无缝隙；所述快反镜在所述面阵相机的成像光路中转动以补偿连续扫描造成的平动像移；所述中央处理单元根据所述平动像移控制所述快反镜的摆动角度。<实施例一>本实施例提供一种光学卫星成像系统，如图1～5所示，所述光学卫星成像系统包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学卫星成像系统，其特征在于，所述光学卫星成像系统包括探测器、快反镜及中央处理单元，其中：/n所述探测器利用面阵相机进行成像，所述成像采用对称空心视场进行连续扫描实现成像，使探测器相邻两次扫描成像的区域之间无缝隙，从而实现大区域观测；/n所述快反镜在所述面阵相机的成像光路中转动以补偿连续扫描造成的平动像移；/n所述中央处理单元根据所述平动像移控制所述快反镜的摆动角度。/n

【技术特征摘要】
1.一种光学卫星成像系统，其特征在于，所述光学卫星成像系统包括探测器、快反镜及中央处理单元，其中：
所述探测器利用面阵相机进行成像，所述成像采用对称空心视场进行连续扫描实现成像，使探测器相邻两次扫描成像的区域之间无缝隙，从而实现大区域观测；
所述快反镜在所述面阵相机的成像光路中转动以补偿连续扫描造成的平动像移；
所述中央处理单元根据所述平动像移控制所述快反镜的摆动角度。


2.如权利要求1所述的光学卫星成像系统，其特征在于，所述对称空心视场包括圆环形空心视场或方环形空心视场；
所述面阵相机采用在同一方向上连续扫描的方式将所述对称空心视场中间的空白区域填充，形成最终视场；所述最终视场的覆盖区域为所述对称空心视场垂直扫描方向的外轮廓行经区域。


3.如权利要求1所述的光学卫星成像系统，其特征在于，以视场中心像移为基准，所述快反镜绕自身镜面内相互正交的X向与Y向的对称轴作小角度快速摆动，补偿平动像移；
采用压电陶瓷驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹增山，孙胜利，吴志华，李华，李正达，
申请(专利权)人：中国科学院微小卫星创新研究院，上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：上海;31