[發明專利]光學環掃超寬幅成像模式設計方法

有效

• 申請號: 202010158705.1
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111366136B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 王峰;奚瑞辰;岳程斐;李化義;曹喜濱
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01C11/02
• 分類號: G01C11/02
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發明涉及光學環掃超寬幅成像模式設計方法。包括：設計相機光軸與整星對地軸之間的夾角γ；設計快旋模式下衛星的自旋角速度ω_fast；若相機在當前角速度下能夠清晰成像，則進行步驟三；否則進行步驟四；設計一個快旋周期T_fast內相機的開關機時刻t_on、t_off；設計慢旋模式下衛星的自旋角速度ω_slow；設計一個慢旋周期T_slow內相機的開關機時刻t_on1、t_off1、t_on2、t_off2；設計變轉速自旋模式下相機開機時刻的相位角θ₀和開機時長τ₁；設計相機關機時的衛星自旋角速度方程；若衛星能夠穩定地跟蹤該方程，則采用變轉速自旋模式；否則采用步驟五設計的慢旋模式。本發明的每種成像模式均可確保環掃條帶拼接的完整性；降低成像任務對衛星的處理、存儲、數傳能力的要求。

技術領域

本發明涉及光學環掃超寬幅成像模式設計方法，屬于航天衛星技術領域。

背景技術

目前，隨著航天技術的發展，微納衛星憑借其低成本、小型化的特點得到了大家的青睞。但是米級分辨率低軌小衛星無法滿足千公里級成像覆蓋寬度，光學環掃超寬幅成像是目前已經提出的一種解決方法。該方法通過安裝面陣光學相機，使相機光軸與整星對地軸成某一固定夾角，利用衛星整星繞對地指向軸的旋轉，使得相機環掃成像實現超大幅寬覆蓋。

但目前未有針對光學環掃超寬幅成像的相機光軸與整星對地軸的夾角、衛星自旋角速度的具體計算方法以及詳細的環掃條帶拼接方式提出過設計方案。

發明內容

本發明的目的是提出了光學環掃超寬幅成像模式的設計方法。該設計方法針對不同的相機成像能力、不同的衛星自旋角速度控制能力提出了三種不同的環掃成像模式，包括快旋模式、慢旋模式、變轉速自旋模式。每種成像模式不僅可以確保環掃條帶拼接的完整性，還通過每個環掃周期內相機定時開關機的設計，減少了環掃條帶之間的重疊面積，從而降低成像任務對衛星的處理能力、存儲能力、數傳能力的要求。以解決目前未有針對光學環掃超寬幅成像的相機光軸與整星對地軸的夾角、衛星自旋角速度的具體計算方法以及詳細的環掃條帶拼接方式提出過設計方案的問題。

光學環掃超寬幅成像模式設計方法，包括以下步驟：

步驟一、根據衛星的軌道高度、任務對成像幅寬的需求以及相機的視場角大小，設計相機光軸與整星對地軸之間的夾角γ；

步驟二、根據步驟一設計的γ值以及相鄰兩圈環掃條帶間最小重疊率要求，設計快旋模式下衛星的自旋角速度ω_fast和自旋周期T_fast，若ω_fast能夠使相機有足夠的曝光時間和積分時間來進行高分辨率成像，則進行步驟三；若ω_fast偏大以致相機無法進行清晰的成像，則進行步驟四；

步驟三、為了減少環掃條帶之間的重疊面積，設計一個快旋周期T_fast內相機的開關機時刻t_on、t_off，即為滿足設計要求的光學環掃超寬幅成像模式；

步驟四、根據步驟一設計的γ值以及相鄰兩圈環掃條帶間最小重疊率要求，設計慢旋模式下衛星的自旋角速度ω_slow和自選周期T_slow；

步驟五、設計一個慢旋周期T_slow內相機的開關機時刻t_on1、t_off1、t_on2、t_off2；