CN103323029A - 一种卫星遥感相机起始成像时刻误差测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星遥感相机起始成像时刻误差测试方法，通过控制卫星相机拍摄秒脉冲响应灯的光源，从获得的图像中计算相机起始成像时刻误差，本发明应用于某遥感卫星的相机成像测试中，完成了整星条件下相机起始成像时刻误差的测试任务；本发明的成功研制，解决了卫星星地控制时序安排的问题，通过测试计算得出的整星条件下相机起始成像时刻误差进行相应地面控制指令发送时刻修正，便能很好地解决卫星所拍摄的图像信息与发送指令时刻所对应地面目标的时空对应性问题，为后续型号提供了借鉴。

Description

一种卫星遥感相机起始成像时刻误差测试方法

技术领域

本发明涉及卫星测试领域，具体涉及一种卫星遥感相机起始成像时刻误差测试方法。

背景技术

卫星在轨飞行时具有较高的飞行速度，如果相机开机成像的地面控制指令发出到星上相机输出图像之间有延时，则可能错过卫星用户想得到的图像数据。而为了尽可能减少在轨无谓的成像图像信息，因此需要一种测试方法来精确计算其时延以弥补时间误差。如何对相机起始成像时刻误差进行全面的系统级验证是一个新课题，但是目前国内外尚未有相关文献报道。运用本发明的测试方法可以实现对相机起始成像时刻误差的测量。

造成卫星相机起始成像时刻误差的具体过程为：星上相机成像开的地面控制指令发出后，该指令解析完并通知星上相机执行，相机执行指令开启相应电路，同时CCD电子器件上电并开始响应直至输出图像数据。此整条链路间的时间差就是相机起始成像时刻误差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种卫星遥感相机起始成像时刻误差测试方法，能够得到相机起始成像时刻误差。

本发明的一种卫星遥感相机起始成像时刻误差测试方法，包括如下步骤：

步骤1、采用GPS仿真器生成周期为1秒的GPS秒脉冲信号，然后将该GPS秒脉冲信号同时发给秒脉冲响应灯和卫星GPS分系统；

步骤2、秒脉冲响应灯根据GPS秒脉冲信号，向卫星相机分系统提供每秒钟亮灭一次的点光源；

步骤3、卫星相机分系统从地面控制中心接收到相机开机指令后开机，同时，将该相机开机指令发给GPS分系统；

步骤4、GPS分系统在收到相机开机指令的激励后，将从GPS仿真器收到的秒脉冲直接转发给卫星相机分系统；

卫星相机分系统拍摄秒脉冲响应灯形成的点光源，同时，在形成的相应图像行上记录GPS秒脉冲信号所对应的整秒时刻信息；

步骤5、在卫星相机分系统对点光源拍摄设定的时间段后，从生成的图像行中的顶端开始，选取前2个灰度值最高的图像行，分别设为第m'行和第m行，计算得到1s的时间间隔内相邻亮条纹间的图像行数：H＝m'-m＝int(1/x)，其中x为卫星分系统产生一行图像的时间；

进而计算得到：卫星相机分系统从第1行图像产生到第m行图像间隔的图像行数：m-1＝int[H/2]，最终找出卫星相机分系统成像的第1行图像；找到第行与第m行图像之间标注的整秒时刻s1的第l行图像，然后根据第l行图像的标注时间s1推算第1行图像的产生时刻t2＝s1-(l-1)*x；

根据地面控制中心发送相机开机指令的时刻t1，计算出相机开机指令发送时刻到卫星相机分系统的第1行图像产生时刻的时间误差Δt＝t2-t1，即为卫星遥感相机起始成像时刻误差。

本发明具有如下有益效果：

本发明应用于某遥感卫星的相机成像测试中，完成了整星条件下相机起始成像时刻误差的测试任务。本发明的成功研制，解决了卫星星地控制时序安排的问题，通过测试计算得出的整星条件下相机起始成像时刻误差进行相应地面控制指令发送时刻修正，便能很好地解决卫星所拍摄的图像信息与发送指令时刻所对应地面目标的时空对应性问题，为后续型号提供了借鉴。

附图说明

图1为实现本发明方法的系统框图。

图2为GPS秒脉冲响应灯方波图。

图3为相机起始时刻误差计算原理示意图

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

1、实现本发明所需的测试设备组成

如图1所示，实现本发明所需的测试设备包括GPS仿真器、秒脉冲响应灯、地面数据接收传输处理设备、相机图像还原设备。其中：

GPS仿真器用于给秒脉冲响应灯及卫星GPS分系统提供高精度的GPS秒脉冲信号，信号周期为1秒（精度为±1us）；

秒脉冲响应灯用于给卫星相机分系统提供标准秒脉冲响应光源，按照秒脉冲信号控制灯的亮和灭，灯亮灭的周期为1秒，其中，亮和灭持续的时间各为0.5秒；

地面数据接收传输处理（以下简称数传设备）接收卫星数据传输系统下传的相机图像数据及整秒时刻信息，进行地面处理后再将相机图像数据及整秒时刻信息发送至地面相机图像还原设备；

地面相机图像图像还原设备将接收的图像信息和数字信息，进行地面还原处理后可得到秒脉冲响应灯光源的相关数据，进行计算后可得到相机起始成像时刻误差。

2、实现本发明测试方法所需的测试步骤和原理

秒脉冲响应的小灯放置在卫星相机镜头前，此小灯由GPS仿真器提供信号周期为1秒的GPS秒脉冲信号，同时会发送给秒脉冲响应灯和星上GPS分系统。

卫星相机分系统从地面控制中心接收到相机开机指令后开机，同时，将该指令发给GPS分系统；GPS分系统在收到相机开机指令的激励后，将从GPS仿真器收到的秒脉冲直接转发给卫星相机分系统；卫星相机分系统拍摄秒脉冲响应灯形成的点光源同时在形成的相应图像行上记录GPS秒脉冲信号所对应的整秒时刻信息。

由于GPS信号授时精度极高，小灯每秒钟会亮灭一次，小灯点亮及关灭时会在相机图像上留下相应图像（小灯点亮时相机图像DN值升高，小灯关灭时相机图像DN值降低）。GPS秒脉冲响应灯半秒开半秒关，在其标准方波波形上的某一点是按照周期变化的，其周期为1秒，灯每次亮的瞬间在相机图像上产生了50%的周期信号（如图2所示）。如果x毫秒（已知的相机成像积分时间）产生一行图像，即每次灯亮的半秒钟时间内必然产生了一行DN值最高的图像信息，相邻2个DN值最高的图像行产生时间间隔为1s。

在卫星相机分系统对点光源拍摄一段时间后，从生成的图像行中的顶端开始，选取前2个DN值最高的图像行，分别设为第m行和第m'行，该第m行和未知的第1行处于同一个周期内，即第一个周期内；该第m'行处于第二个周期内。即可知在1s的时间间隔内相邻亮条纹间最多产生多少行图像信息H＝m'-m＝int(1/x)，由于一个周期内有H行图像，则从第1行图像到第m行（在一个周期中，秒脉冲响应灯从亮到灭转换时刻）中图像行数为一个周期内行数的一半，即：m-1＝int[H/2]，从而找出相机成像的第1行图像。

由于信息保存为整秒时刻进行，而相机产生图像是x毫秒产生的，因此图象行上所保存的整秒时刻行并不一定是第1行图像，而是第1行以后第m行以前的某一行，设该行为第l行，如图3所示，设该行标注的时间为S1，可以推出第1行图像的产生时刻t2＝s1-(l-1)*x。

由于地面发送相机开机指令的时刻会作为控制信息进行记录，即已知t1，如此便可以计算出相机指令发送时刻到相机第1行图像产生时刻的时间误差即为Δt＝t2-t1，理论上二者是没有误差的。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种卫星遥感相机起始成像时刻误差测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、采用GPS仿真器生成周期为1秒的GPS秒脉冲信号，然后将该GPS秒脉冲信号同时发给秒脉冲响应灯和卫星GPS分系统；

步骤2、秒脉冲响应灯根据GPS秒脉冲信号，向卫星相机分系统提供每秒钟亮灭一次的点光源；

步骤3、卫星相机分系统从地面控制中心接收到相机开机指令后开机，同时，将该相机开机指令发给GPS分系统；

步骤4、GPS分系统在收到相机开机指令的激励后，将从GPS仿真器收到的秒脉冲直接转发给卫星相机分系统；

卫星相机分系统拍摄秒脉冲响应灯形成的点光源，同时，在形成的相应图像行上记录GPS秒脉冲信号所对应的整秒时刻信息；

步骤5、在卫星相机分系统对点光源拍摄设定的时间段后，从生成的图像行中的顶端开始，选取前2个灰度值最高的图像行，分别设为第m'行和第m行，计算得到1s的时间间隔内相邻亮条纹间的图像行数：H＝m'-m＝int(1/x)，其中x为卫星分系统产生一行图像的时间；

进而计算得到：卫星相机分系统从第1行图像产生到第m行图像间隔的图像行数：m-1＝int[H/2]，最终找出卫星相机分系统成像的第1行图像；找到第行与第m行图像之间标注的整秒时刻s1的第l行图像，然后根据第l行图像的标注时间s1推算第1行图像的产生时刻t2＝s1-(l-1)*x；

根据地面控制中心发送相机开机指令的时刻t1，计算出相机开机指令发送时刻到卫星相机分系统的第1行图像产生时刻的时间误差Δt＝t2-t1，即为卫星遥感相机起始成像时刻误差。

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