專利名稱：一種敏捷衛(wèi)星成像條件的確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種成像條件的確定方法，特別是一種敏捷衛(wèi)星成像條件的確定方法。
背景技術(shù)：
快速、多模式的高質(zhì)量成像是敏捷衛(wèi)星最具特色的一項(xiàng)核心技術(shù)，敏捷衛(wèi)星的出 現(xiàn)大大提高了衛(wèi)星的應(yīng)用能力，但衛(wèi)星的成像質(zhì)量不僅受到衛(wèi)星平臺(tái)自身?xiàng)l件的影響，其 本身的設(shè)計(jì)指標(biāo)、軌道參數(shù)、空間環(huán)境和工作模式等成像條件也在不同方面、不同程度上影 響著成像質(zhì)量的高低。因此如何合理規(guī)劃衛(wèi)星任務(wù)以使其達(dá)到最大的使用效能，獲得最好 的成像質(zhì)量則成了亟待解決的問(wèn)題。目前在國(guó)內(nèi)成像仿真分析技術(shù)雖然得到了一定發(fā)展， 但依然沒有針對(duì)敏捷衛(wèi)星成像條件的確定方法，也沒有衛(wèi)星成像質(zhì)量評(píng)價(jià)的相關(guān)依據(jù)，因 此敏捷衛(wèi)星在任務(wù)規(guī)劃中無(wú)依據(jù)可循。成像仿真分析技術(shù)已經(jīng)引起世界各發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視，美國(guó)和歐洲一些國(guó)家 近年來(lái)都把仿真技術(shù)列為國(guó)家發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。如美國(guó)柯達(dá)公司(KODAK)公布了針對(duì)膠 片型相機(jī)仿真設(shè)計(jì)中的少量資料，從開始應(yīng)用到目前為止，該軟件模型經(jīng)過(guò)了超過(guò)20000 幅(次)照片的驗(yàn)證?？逻_(dá)公司的航天器系統(tǒng)仿真軟件Wiysique考慮了成像過(guò)程中的 15個(gè)環(huán)節(jié)目標(biāo)特征、成像幾何關(guān)系、3維景物模型、照射類型、系統(tǒng)成像參數(shù)、大氣模型 (SCATIII)、曝光量、MTF模型、光子和系統(tǒng)噪聲、數(shù)傳系統(tǒng)模型、硬拷貝影響模型、膠片MTF、 膠片平均密度、膠片噪聲和信息預(yù)測(cè)。美國(guó)NASA所屬JPL實(shí)驗(yàn)室的飛行系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái) (Flight System Testbed, FST)、Langley 研究中心的 SPASIM (Spacecraft Simulation)、 俄羅斯能源科學(xué)生產(chǎn)聯(lián)合體(NPO Energiya)的綜合仿真測(cè)試平臺(tái)(KMC)以及德國(guó)VEGA 信息技術(shù)公司開發(fā)的仿真衛(wèi)星(Simulating Spacecraft)則是20世紀(jì)90年代衛(wèi)星仿真 技術(shù)發(fā)展的綜合反映。這些技術(shù)用于航天器(重點(diǎn)是對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)等大系統(tǒng))的設(shè)計(jì)和仿 真，對(duì)有效載荷如遙感器等和環(huán)境影響的仿真設(shè)計(jì)有一定考慮。2001年，A. Borner等人發(fā) 表了關(guān)于超光譜成像儀仿真系統(tǒng)方面的研究文章，文中介紹了仿真軟件SENSOR (Software Environment for the Simulation of Optical Remote sensing systems)的情況，該軟 件包括三個(gè)部分計(jì)算景物、太陽(yáng)和遙感器的幾何關(guān)系；環(huán)境仿真，計(jì)算在探測(cè)器上的輻射 量，包括大氣影響等；數(shù)字圖像獲取所需的光電探測(cè)器模型。使用SENSOR仿真軟件可以優(yōu) 化設(shè)計(jì)參數(shù)，使用結(jié)果應(yīng)用于歐空局ESA (European Space Agency)的項(xiàng)目APEX (Airborne PRISM Experiment)。以上系統(tǒng)均是針對(duì)成像系統(tǒng)本身涉及的質(zhì)量評(píng)價(jià)軟件，若作為航天遙 感衛(wèi)星的成像質(zhì)量評(píng)價(jià)工具，則要針對(duì)航天遙感成像的特點(diǎn)和具體要求進(jìn)行修改和重新開 發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種敏捷衛(wèi)星成像條件 的確定方法，該方法綜合考慮敏捷衛(wèi)星相機(jī)在各種環(huán)境下、各種工作模式下的成像條件對(duì)
5成像質(zhì)量的影響，進(jìn)行綜合確定敏捷衛(wèi)星成像條件，能夠?yàn)樾l(wèi)星用戶提供一種簡(jiǎn)潔客觀的 決策依據(jù)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種敏捷衛(wèi)星成像條件的確定方法，步驟如下(1)首先根據(jù)相機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)和成像時(shí)刻的衛(wèi)星軌道參數(shù)、衛(wèi)星姿態(tài)信息進(jìn)行成像 條件相關(guān)參數(shù)計(jì)算，得到敏捷衛(wèi)星成像條件相關(guān)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果，敏捷衛(wèi)星成像條件相關(guān) 參數(shù)計(jì)算包括相機(jī)傳遞函數(shù)計(jì)算、相機(jī)像元分辨率計(jì)算和相機(jī)成像幅寬計(jì)算；(a)相機(jī)傳遞函數(shù)MTF計(jì)算的計(jì)算方法為
權(quán)利要求
1. 一種敏捷衛(wèi)星成像條件的確定方法，其特征在于步驟如下 (1)首先根據(jù)相機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)和成像時(shí)刻的衛(wèi)星軌道參數(shù)、衛(wèi)星姿態(tài)信息進(jìn)行成像條件 相關(guān)參數(shù)計(jì)算，得到敏捷衛(wèi)星成像條件相關(guān)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果，敏捷衛(wèi)星成像條件相關(guān)參數(shù) 計(jì)算包括相機(jī)傳遞函數(shù)計(jì)算、相機(jī)像元分辨率計(jì)算和相機(jī)成像幅寬計(jì)算；(a)相機(jī)傳遞函數(shù)MTF計(jì)算的計(jì)算方法為MTF = MTF 靜態(tài) XMTF 動(dòng)態(tài) Χ0·9MTFim= MTF光學(xué)設(shè)計(jì)XMTF光學(xué)加工XMTF光學(xué)裝調(diào)XMTF器件XMTF電路MTF = sin(^Aa/0)其中=MTFim為相機(jī)靜態(tài)傳遞函數(shù)； MTFas為相機(jī)動(dòng)態(tài)傳遞函數(shù)； MTFit^w為相機(jī)光學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)靜態(tài)傳遞函數(shù)的影響； MTFit^to工為相機(jī)光學(xué)加工對(duì)靜態(tài)傳遞函數(shù)的影響； MTFi^sia為相機(jī)光學(xué)裝調(diào)對(duì)靜態(tài)傳遞函數(shù)的影響； MTFs^為相機(jī)器件對(duì)靜態(tài)傳遞函數(shù)的影響； MTF 為相機(jī)電路對(duì)靜態(tài)傳遞函數(shù)的影響； f0為相機(jī)振動(dòng)的頻率； N為積分級(jí)數(shù)；Δ a 為相機(jī)綜合的像移量，Δα 二 /Aaf +, Aa1, Aa2, Δβ3> Δει4 分別為相機(jī)姿態(tài)穩(wěn)定度、積分時(shí)間誤差、偏流角校正誤差和相機(jī)顫振所引起的像移；(b)相機(jī)像元分辨率GSD的計(jì)算方法為令衛(wèi)星軌道高度為H，相機(jī)像元尺寸為d，相機(jī)焦距為f，衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)指向角為α，衛(wèi) 星姿態(tài)機(jī)動(dòng)指向角投影到地面與衛(wèi)星飛行方向的夾角為P,將衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)指向角分解為 側(cè)擺和俯仰兩個(gè)動(dòng)作的合成，等效的側(cè)擺角為β，俯仰角為Y，則；β = arctan(tan α χ sin φ)； γ = arctan(tan α χ cos^)； d 2椎掃方向=Hx sec/ χ-sec χ； 2 d線陣方向=H χ sec β χ j sec/ ；GSD推掃方向禾口 GSD線陣方向的平均值，即(GSD 推掃方向+GSD線陣方向 )/2作為相機(jī)像元分辨率GSD的計(jì)算結(jié)果；其中=GSDlta^為相機(jī)推掃方向的像元分辨率； GSDiw方自為相機(jī)線陣方向的像元分辨率；(c)相機(jī)成像幅寬的計(jì)算方法為同樣令衛(wèi)星軌道高度為H，衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)指向角為α，衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)指向角投影到地 面與衛(wèi)星飛行方向的夾角為P，相機(jī)的視場(chǎng)角為F0V，地球半徑為Re，將衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)指向 角分解為側(cè)擺和俯仰兩個(gè)動(dòng)作的合成，等效的側(cè)擺角為β，俯仰角為Y，衛(wèi)星視場(chǎng)投影到 地面的兩個(gè)邊界點(diǎn)分別為Α、Β，則衛(wèi)星姿態(tài)變化后，Α、Β點(diǎn)對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)指向角分別為α ，投影到地面與飛行方向χ的夾角為仍、 對(duì)應(yīng)的側(cè)擺角Z APO為S1、側(cè)擺角Z BPO為32，衛(wèi)J 巾畐寬； 則a, = arctan (tan β^)2 + (tan/)2Ψ2，令衛(wèi)星相機(jī)的主點(diǎn)為P，則Α、Β兩點(diǎn) L姿態(tài)指向A點(diǎn)與B點(diǎn)間的距離即為實(shí)際Ot1 = arctan」(tan β;γ + (tan γ)1其中
全文摘要
本發(fā)明公開了一種敏捷衛(wèi)星成像條件的確定方法，該方法對(duì)描述圖像基本屬性的三個(gè)典型參數(shù)——MTF、元分辨率、成像幅寬進(jìn)行預(yù)估計(jì)算，從而確定各個(gè)參數(shù)在成像條件確定體系中所占的權(quán)重比例，最終確定出敏捷衛(wèi)星的成像條件。本發(fā)明綜合考慮敏捷衛(wèi)星相機(jī)在各種環(huán)境下、各種工作模式下的成像條件對(duì)成像質(zhì)量的影響，并進(jìn)行綜合確定及利用地面仿真進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，能夠?yàn)樾l(wèi)星用戶提供一種簡(jiǎn)潔客觀的決策依據(jù)，并同時(shí)反映出具體的成像任務(wù)對(duì)衛(wèi)星成像能力的發(fā)掘情況，本發(fā)明是國(guó)內(nèi)提出的首個(gè)針對(duì)敏捷衛(wèi)星成像條件的綜合確定方法，填補(bǔ)了我國(guó)在衛(wèi)星成像條件仿真分析方面的空缺。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102063558SQ201010279469
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者侯小瑾, 劉勝利, 呂大旻, 楊芳, 謝松 申請(qǐng)人:航天東方紅衛(wèi)星有限公司