[發明專利]高分辨率視頻衛星成像系統

有效

• 申請號: 201710357091.8
• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN107277384B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 余達;梅貴;鞏盾;劉金國;徐東;李廣澤;閆得杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H04N5/235
• 分類號: H04N5/235;H04N5/353;H04N5/355;H04N5/374
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所(普通合伙) 22210
• 代理人: 朱紅玲

1.高分辨率視頻衛星成像系統，包括視頻成像單元和視頻控制單元，

所述視頻成像單元包括光學系統、面陣CMOS圖像傳感器、FPGA、存儲器和成像供電模塊，所述成像供電模塊分別為面陣CMOS圖像傳感器、FPGA和存儲器供電；

視頻控制單元包括成像控制器、視頻壓縮組、調焦模塊和控制供電模塊，所述控制供電模塊分別為成像控制器、視頻壓縮組和調焦模塊供電；

所述光學系統將地面景物成像到面陣CMOS圖像傳感器上，視頻控制單元控制面陣CMOS圖像傳感器在全局快門工作方式或卷簾快門工作方式下的工作電壓，

所述FPGA對面陣CMOS圖像傳感器在全局快門工作方式或卷簾快門工作方式下的寄存器配置，產生CMOS圖像傳感器的驅動時序信號，接收面陣CMOS圖像傳感器輸出的圖像數據，采用存儲器進行圖像數據調理后送入視頻壓縮組；

所述成像控制器根據衛星的攝像任務和軌道參數，對FPGA進行控制，并控制調焦模塊對光學系統進行焦距的改變，控制視頻壓縮組對輸入的圖像數據進行壓縮后進行星下傳輸；

所述衛星成像系統根據衛星的機動能力確定視頻成像的軌道高度，根據視頻成像的軌道高度和衛星的前后擺能力確定對同一地區的視頻成像時間；具體過程為：

一、設定衛星的軌道高度為H，則要求衛星能達到的最大的擺動角速度大于式中w為衛星軌道運動的角速度，R為地球的半徑；

二、根據視頻成像衛星的軌道高度H和衛星的最大俯仰角θ_max，確定對同一地區的視頻成像時間：

(a)根據衛星的最大俯仰角θ_max和衛星的軌道高度H計算衛星的最大斜距L_max，用公式表示為：

(b)根據最大斜距L_max計算對應的最大地心半張角a_max，用公式表示為：

(c)根據所述最大地心半張角a_max獲得衛星飛行的總弧長L_arc_max，用公式表示為：

(d)根據總弧長L_arc_max獲得對同一地區的視頻成像時間t_max，用公式表示為：式中G為萬用引力常數，M為地球的質量。

2.根據權利要求1所述的高分辨率視頻衛星成像系統，其特征在于，所述衛星成像系統進行視頻成像時，通過衛星的持續變速向后擺動來增加積分時間提高信噪比，CMOS圖像傳感器在全局快門方式下工作，持續變速向后擺動的角速度為：

式中w為衛星軌道運動的角速度，R為地球的半徑，H為衛星的軌道高度，θ和a分別為衛星持續向后擺動過程中對應的俯仰角和地心半張角；

根據入射光能量L₀下的最小信噪比SNR_min，獲得面陣CMOS圖像傳感器在全局快門工作方式下的最大積分時間t_intmax，確定衛星的姿態穩定度用公式表示為：

式中，σ_gR為面陣CMOS圖像傳感器在全局快門工作方式下的讀出噪聲方差，D_e為暗信號，A_d為面陣CMOS圖像傳感器的單個像元面積，F為光學系統的焦比，hν為單個光子的能量，τ_o為光學系統的透過率，η為面陣CMOS圖像傳感器的量子效率，Δn為累加像元偏差對應的像元個數，S_e為入射光能量對應的電荷數。