【摘要】：隨著空間遙感技術(shù)的不斷發(fā)展,各國除了追求高地面分辨率外,對(duì)衛(wèi)星的快速響應(yīng)能力、對(duì)地觀測(cè)效率以及成像范圍都提出了更高的要求。敏捷衛(wèi)星作為一種新型對(duì)地觀測(cè)遙感衛(wèi)星,因其具有快捷、靈活、高效的成像特點(diǎn),已經(jīng)成為高分辨率遙感衛(wèi)星的發(fā)展趨勢(shì)�？臻g相機(jī)在軌成像期間,由于衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)、軌道運(yùn)動(dòng)、地球自轉(zhuǎn)等原因?qū)е碌孛婺繕?biāo)在焦面上所成的像會(huì)產(chǎn)生像移,像移是制約TDICCD空間相機(jī)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量成像的主要原因,它對(duì)具有快速靈活機(jī)動(dòng)能力的敏捷衛(wèi)星相機(jī)的影響更加嚴(yán)重。因此建立含姿態(tài)機(jī)動(dòng)的敏捷衛(wèi)星相機(jī)像移速度場(chǎng)模型,并根據(jù)像移速度場(chǎng)分布情況制定像移補(bǔ)償策略是迫切需要解決的問題。首先,分析了像移對(duì)TDICCD成像質(zhì)量的影響,參照當(dāng)今具有代表性的敏捷衛(wèi)星,歸納出了同軌多目標(biāo)成像、同軌立體成像、同軌多條帶拼接成像、動(dòng)態(tài)擺掃成像四種典型成像模式,并研究了每種成像模式的工作原理,按照成像期間衛(wèi)星姿態(tài)對(duì)地指向的不同,將這四種典型成像模式分為了靜態(tài)成像模式與動(dòng)態(tài)成像模式兩類,又按照成像姿態(tài)的不同,將靜態(tài)成像模式分為了側(cè)擺成像、俯仰成像、側(cè)擺兼具俯仰成像三類。其次,針對(duì)傳統(tǒng)星下點(diǎn)成像像移速度矢計(jì)算模型的不足,提出了一種基于剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)的建模方法,通過坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、矢量關(guān)系推導(dǎo)、目標(biāo)點(diǎn)位置矢量求解、模型分量求解等步驟,建立了含姿態(tài)機(jī)動(dòng)的敏捷衛(wèi)星相機(jī)像移速度場(chǎng)模型,建模過程中既考慮了地球?yàn)闄E球體的實(shí)際情況,又考慮了離軸三反光學(xué)系統(tǒng)的離軸角,使模型的真實(shí)性和準(zhǔn)確性得到了提高。通過仿真驗(yàn)證了本文提出的像移速度場(chǎng)模型的建模原理是正確可行的,仿真結(jié)果表明:本文提出的像移速度場(chǎng)模型的偏流角和像移速度的計(jì)算結(jié)果與星下點(diǎn)成像像移速度矢計(jì)算模型的結(jié)果非常接近,偏流角誤差與像移速度相對(duì)誤差均在允許的范圍內(nèi)。然后,在本文提出的像移速度場(chǎng)模型基礎(chǔ)上,結(jié)合某敏捷衛(wèi)星的實(shí)際參數(shù)和相應(yīng)的衛(wèi)星軌道、姿態(tài)參數(shù),分別對(duì)敏捷衛(wèi)星在靜態(tài)成像模式和動(dòng)態(tài)成像模式下的焦面像移速度和偏流角的分布規(guī)律進(jìn)行了三維仿真,定量分析了焦面不同像點(diǎn)位置間的像移速度和偏流角差異,并針對(duì)不同的成像模式分析了離軸角、衛(wèi)星姿態(tài)角、緯度幅角、擺掃角速率等參數(shù)對(duì)焦面像移速度和偏流角的影響。最后,對(duì)像移補(bǔ)償過程中涉及的誤差進(jìn)行了分析,指出像移速度相對(duì)匹配殘差與偏流角匹配殘差是影響敏捷衛(wèi)星相機(jī)成像質(zhì)量的主要因素。并針對(duì)敏捷衛(wèi)星不同成像模式下的焦面MTF和像移速度場(chǎng)的分布情況,制定了相應(yīng)的像移補(bǔ)償策略。其中針對(duì)側(cè)擺兼具俯仰成像模式提出了全局優(yōu)化、局部優(yōu)化偏流角匹配策略,并根據(jù)匹配效果仿真驗(yàn)證了兩種偏流角匹配策略的可行性,仿真結(jié)果表明:全局優(yōu)化匹配策略能夠?qū)崿F(xiàn)全視場(chǎng)清晰成像,適用于敏捷衛(wèi)星的普查成像任務(wù),而局部優(yōu)化匹配策略能夠使相機(jī)的局部成像質(zhì)量得到顯著提升,適用于敏捷衛(wèi)星的詳查成像任務(wù);針對(duì)側(cè)擺成像提出了像移速度分組異速匹配策略,給出了96級(jí)積分時(shí)不同側(cè)擺角所對(duì)應(yīng)的分組方案,仿真結(jié)果表明:該策略能夠在不降低積分級(jí)數(shù)的前提下全面提升焦面MTF;針對(duì)側(cè)擺兼具俯仰成像提出了積分級(jí)數(shù)調(diào)節(jié)與分組行頻調(diào)節(jié)相結(jié)合的像移速度匹配策略,仿真結(jié)果表明:該策略既能保證相機(jī)在小姿態(tài)角下的高積分級(jí)數(shù),又能保證相機(jī)在大姿態(tài)角下的高M(jìn)TF;針對(duì)動(dòng)態(tài)擺掃成像指出了擺掃角速率是影響TDICCD行頻變化的主要因素,并給出了50μs級(jí)空間相機(jī)在不同緯度幅角以及擺掃角下所對(duì)應(yīng)的擺掃角速率上限值,仿真結(jié)果表明:該上限值結(jié)合傳統(tǒng)像移速度補(bǔ)償策略能夠在保證高M(jìn)TF的同時(shí)將TDICCD的行頻控制在允許范圍內(nèi)。本文提出的敏捷衛(wèi)星相機(jī)像移速度場(chǎng)模型和像移補(bǔ)償策略可為敏捷衛(wèi)星相機(jī)的像移補(bǔ)償提供理論依據(jù)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP79

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本文編號(hào)：2339236