星載超大幅寬高分辨率紅外成像儀可以提供高時(shí)間分辨率和高空間分辨率的圖像遙感數(shù)據(jù),在全球植被觀測(cè)以及精細(xì)農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域有著獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。由于受到紅外光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及紅外探測(cè)器技術(shù)水平的限制,需采用光機(jī)掃描方式實(shí)現(xiàn)超大幅寬紅外成像。傳統(tǒng)的勻速旋轉(zhuǎn)掃描成像掃描效率低,而掃描效率較高的雙向擺掃成像需安裝掃描線校正器以及彈簧減震器,掃描機(jī)構(gòu)復(fù)雜,可靠性較低。紅外成像儀在進(jìn)行超大幅寬掃描成像時(shí),獲得的圖像存在嚴(yán)重的地面畸變,不利于遙感數(shù)據(jù)的定量化研究和應(yīng)用。為了提高紅外成像儀的探測(cè)精度以及獲取低畸變的紅外圖像數(shù)據(jù),本文對(duì)星載超大幅寬紅外成像掃描及變焦控制技術(shù)進(jìn)行了研究,研究?jī)?nèi)容主要包括以下兩個(gè)方面:(1)介紹國(guó)內(nèi)外星載寬幅紅外成像的典型載荷及其掃描成像方式,闡述了超大幅寬高分辨率紅外成像的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù);對(duì)超大幅寬紅外掃描成像控制系統(tǒng)進(jìn)行理論分析;搭建掃描及變焦控制系統(tǒng)的硬件平臺(tái),并進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì);對(duì)掃描及變焦控制系統(tǒng)的初步性能進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明掃描控制系統(tǒng)定位峰值誤差為±0.154″,3~o/s的速度峰值誤差在±1%以?xún)?nèi),最大加速度為386~o/s~2,變焦電機(jī)重復(fù)定位精度為±0.001mm,滿(mǎn)足控制系統(tǒng)指標(biāo)要求。(2)重點(diǎn)研究了超大幅寬高分辨率紅外成像技術(shù)中的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù),針對(duì)低畸變、高掃描效率、高可靠性的成像要求,研究了慢速變速掃描以及正弦加速度快速回掃控制技術(shù),并對(duì)控制技術(shù)進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明掃描成像過(guò)程的速度穩(wěn)定度在±0.5%以?xún)?nèi);掃描成像的起止角度峰值誤差為1.44″;慢速掃描與快速回掃狀態(tài)切換時(shí)的速度誤差在0.5%以?xún)?nèi),狀態(tài)切換穩(wěn)定;慢速掃描成像時(shí)間、快速回掃時(shí)間、掃描周期時(shí)間的峰值誤差分別為0.083ms、0.25ms、0.333ms;掃描控制系統(tǒng)的掃描效率達(dá)到86%;掃描運(yùn)動(dòng)對(duì)掃描機(jī)構(gòu)沒(méi)有造成沖擊與振動(dòng),可靠性高。針對(duì)超大幅寬紅外成像的消畸變要求,研究了掃描及變焦控制系統(tǒng)的位置同步控制技術(shù),并進(jìn)行了同步控制實(shí)驗(yàn)以及外景成像實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明掃描控制系統(tǒng)與變焦控制系統(tǒng)具有很好的時(shí)間同步性;兩個(gè)變焦電機(jī)的位置同步控制精度達(dá)到±0.003mm,連續(xù)變焦過(guò)程中成像清晰;驗(yàn)證了掃描變焦成像方式可以消除超大幅寬紅外成像的地面畸變。本文研究的創(chuàng)新性主要有以下兩點(diǎn):1、研究了低畸變、高掃描效率、高可靠性的紅外成像掃描控制技術(shù);2、研究了掃描及變焦控制系統(tǒng)的多電機(jī)非線性位置同步控制技術(shù),驗(yàn)證了變焦掃描成像方式可以消除超大幅寬紅外成像的地面畸變。以上兩個(gè)技術(shù)的研究成果為將來(lái)的空間應(yīng)用提供了很好的技術(shù)積累。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：V443.5
【部分圖文】：

星載超大幅寬紅外成像掃描及變焦控制技術(shù)研究轉(zhuǎn)掃描。掃描視場(chǎng)為 110.74°，覆蓋地面幅寬 2900。由于掃描角度過(guò)大，幅寬邊緣部分地面畸變較為嚴(yán)15°范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)（15°處的地面分辨率為 1.5 km。AVHRR/3 的探測(cè)器采用一個(gè)兩級(jí)無(wú)源輻射制冷器K，同時(shí)具備觀測(cè)深空和內(nèi)部輻射校正源的能力。其，在進(jìn)行每一條帶掃描過(guò)程中均可以對(duì)紅外波段進(jìn)

圖 1.2 MODIS 外觀圖Figure 1.2 Photo of the MODIS instrument專(zhuān)題繪圖儀（ETM+）題繪圖儀（EnhancedThematicMapperPlus，ETM+）和發(fā)展的新一代專(zhuān)題繪圖儀，是美國(guó)第三代陸地衛(wèi)載荷，于 1999 年成功發(fā)射，主要用于探測(cè)、分析、+共有 8 個(gè)波段，在 TM 原有 7 個(gè)波段的基礎(chǔ)上增加全色波段，同時(shí)熱紅外波段的地面分辨率由原來(lái)的觀測(cè)能力，ETM+的波段設(shè)置及主要用途如表 1.4 所表 1.4 ETM+波段特征Table 1.4 Band characteristics of ETM+ 波段范圍（μm） 地面分辨率（m） 主要用途

第 1 章 引言0.520 - 0.900 15 制圖學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1.3 所示，采用單面鏡擺動(dòng)掃描成像向和反向掃描過(guò)程中均獲取觀測(cè)數(shù)據(jù)。ETM+的掃描掃描角監(jiān)測(cè)器、2 個(gè)彈簧減震器和掃描鏡驅(qū)動(dòng)電路組運(yùn)動(dòng)范圍受到彈簧減震器限制，在換向期間由精確的扭矩量由掃描鏡驅(qū)動(dòng)電路的微處理器根據(jù)掃描角檢使得主動(dòng)掃描成像時(shí)間控制在 60.743 ms 附近。ET幅寬 185 km。掃描鏡的掃描周期時(shí)間為 142.925 m方式，掃描效率高達(dá) 85%[8]。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2839138