[發(fā)明專利]單一小視場相機鐘擺式螺旋掃描成像系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910245959.4
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN109803091B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曲宏松;支政;金光;鄭亮亮;陶淑蘋;張貴祥
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所
• 主分類號: H04N5/232
• 分類號: H04N5/232
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 22214
• 代理人: 李青

單一小視場相機鐘擺式螺旋掃描成像系統(tǒng)及方法涉及空間遙感相機成像運動模式，克服傳統(tǒng)相機的成像模式成像視場小的問題，實現(xiàn)了小載荷下實現(xiàn)大視場廣域成像。本發(fā)明成像載荷模塊上的小視場的成像相機，通過空間遙感平臺、機械轉(zhuǎn)動模塊與成像載荷模塊上的擺動裝置運動及姿態(tài)的協(xié)調(diào)配合，來實現(xiàn)小視場成像相機的大視場成像。單一成像載荷模塊本身質(zhì)量與體積相對于現(xiàn)有的成像系統(tǒng)均很小，本發(fā)明的遙感平臺的體積與質(zhì)量也小于現(xiàn)有的遙感平臺。解決了現(xiàn)有空天遙感平臺成像系統(tǒng)質(zhì)量、體積與分辨率、幅寬的矛盾及現(xiàn)有小視場相機在大視場成像應(yīng)用中的瓶頸問題。在廣域搜索中，大視場相機制造工藝復(fù)雜困難，本發(fā)明的成像載荷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與制作都相當(dāng)簡單。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空間遙感相機成像的運動模式，具體涉及一種單一小視場相機鐘擺式螺旋掃描成像系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

空間遙感領(lǐng)域中的光學(xué)成像系統(tǒng)質(zhì)量、分辨率、幅寬三者一直是相互掣肘的不能共同達到完美。在過去的研究設(shè)計思路上，一直是要想高分辨率和寬幅寬，那么相應(yīng)的質(zhì)量和體積一定會顯著提升，進而導(dǎo)致遙感平臺的體積增大，其他功能的減少。現(xiàn)如今需要用到廣域搜索的場景越來越多，過去用到大視場相機來實現(xiàn)廣域搜索，但是大視場相機的制造通常很復(fù)雜，且有很多困難。因此利用小視場相機來實現(xiàn)廣域搜索的方法設(shè)計的研究是很有必要的。

目前現(xiàn)有的空間遙感成像模式有針對航天平臺的星下點成像、大角度側(cè)擺成像、多軌條帶成像、單軌條帶成像、單軌立體成像、推掃成像、擺掃成像、環(huán)掃成像模式等，均是采用了遙感平臺和相機系統(tǒng)之間的高精度的協(xié)調(diào)姿態(tài)配合來達到特殊的成像目的。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種單一小視場相機鐘擺式螺旋掃描成像系統(tǒng)及方法，利用小視場相機實現(xiàn)大視場廣域搜索并減輕航天平臺的載荷重量和簡化結(jié)構(gòu)，克服傳統(tǒng)的相機的成像模式成像視場小的問題，實現(xiàn)了較小載荷下實現(xiàn)大視場廣域成像。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

單一小視場相機鐘擺式螺旋掃描成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

控制模塊；

空間遙感平臺，所述空間遙感平臺通過所述控制模塊控制調(diào)整姿態(tài)；

機械轉(zhuǎn)動模塊，所述機械轉(zhuǎn)動模塊安裝在所述空間遙感平臺上，通過所述控制模塊控制，以與所述空間遙感平臺的連接處為轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)；

成像載荷模塊，所述成像載荷模塊安裝在所述機械轉(zhuǎn)動模塊上，通過所述控制模塊控制，沿著所述機械轉(zhuǎn)動模塊往復(fù)運動，并進行擺掃運動。

單一小視場相機鐘擺式螺旋掃描成像方法，該掃描方法包括如下步驟：

步驟一：控制模塊接收本次成像任務(wù)，根據(jù)空間遙感平臺的速度V_s、初始狀態(tài)下遠視場點到星下點的弧長r、環(huán)掃臨界系數(shù)K和前向幀間重疊率η，計算機械轉(zhuǎn)動機構(gòu)的角速度ω_s，保證了成像相機擺動到內(nèi)側(cè)或外側(cè)時遠視場點的拼接；

步驟二：控制模塊由成像相機延軌向視場角F_{OV_x}、擺動角度θ、衛(wèi)星遙感平臺的軌道高度H和步驟一中計算得出的機械轉(zhuǎn)動機構(gòu)的角速度ω_s計算機械轉(zhuǎn)動機構(gòu)轉(zhuǎn)動360°所需的成像幀數(shù)N，機械轉(zhuǎn)動機構(gòu)擺動最外側(cè)所需的成像幀數(shù)N_o；

步驟三：控制模塊計算成像載荷相機的復(fù)合鐘擺掃和螺旋掃成像幀的最大時間間隔T并確定成像載荷相機的成像幀間隔I，要求成像幀間隔I不能大于最大時間間隔T；

步驟四：控制模塊通過衛(wèi)星相對地面飛行所引起的像移v_f1，成像載荷相機環(huán)掃旋轉(zhuǎn)引起的像移v_f2以及地球自轉(zhuǎn)引起的像移v_f3，計算得到沿軌方向的像移速度V_p1和垂軌方向的像移速度V_p2；