CN105759558A - 一种大视场推扫式恒地元遥感相机系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大视场推扫式恒地元遥感相机系统。该系统由5个子相机拼接而成大视场相机，每个子相机的视场相同，但每个子相机的瞬时视场不同，且每个子相机的瞬时视场随着视场角变化而变化，其中子相机C对着星下点成像，子相机A和E、B和D分别对称排列在子相机C的两侧，子相机A和E由变焦光学系统和像元大小恒定的CCD探测器组成，子相机B、C、D由定焦光学系统和像元大小渐变的CCD探测器组成。该相机系统的优点是相机视场大，地面覆盖范围宽，且整个视场范围内地面分辨率恒定一致。

Description

一种大视场推扫式恒地元遥感相机系统

技术领域：

本发明涉及视场拼接技术、探测器设计技术、光学设计技术等，具体指一种大视场推扫式恒地元遥感相机系统，可广泛应用于空间遥感仪器中。

背景技术：

实现大视场、超宽地面覆盖范围对于航天遥感卫星具有重要的现实意义，而由于地球曲率的影响，穿轨方向的星下点和边缘视场的地面分辨率往往偏差很大，且视场越大，偏差会越大，例如当星下点地面分辨率为400m时，对于56.8°边缘视场的地面分辨率达到了2987m，如果刚好在边缘视场附近发生突发事件，由于地面分辨率过低，无法进行有效实时的应对，因此亟需解决实现大视场边缘地面分辨率与星下点地面分辨率一致。美国极轨业务运行环境监视卫星系统NPOESS上的VIIRS上有一个夜光通道DNB，该通道采用累加积分采样和TDICCD技术实现了边缘视场(55.84°)和星下点地面分辨率一致。目前，在公开可调研的文献中我国还没有实现类似的技术。

发明内容：

本系统主要目的是解决大视场推扫式遥感相机边缘视场地面分辨率与星下点地面分辨率相差太大的问题，利用变焦光学系统以及像元渐变的探测器来实现整个视场内地面分辨率一致。

整个相机视场为113.6°，由5个子相机拼接而成大视场相机，每个子相机的视场相同，都为23°，如图1所示，但每个子相机的瞬时视场不同，且每个子相机的瞬时视场随着视场角变化而变化，其中子相机C对着星下点成像，子相机A和E、B和D分别对称排列在子相机C的两侧。

如图2所示，子相机A和E由变焦光学系统和像元大小恒定的CCD探测器组成，子相机B、C、D由定焦光学系统和像元大小渐变的CCD探测器组成，最终实现在推扫过程中整个视场内地面分辨率均一化，即边缘视场地面分辨率与星下点地面分辨率一致。

子相机A和子相机E由变焦光学系统和像元大小恒定的CCD探测器组成；子相机A和子相机E的变焦光学系统采用同心主镜和微透镜相机阵列的形式，由8个微透镜相机阵列拼接实现子相机的视场，每个微透镜相机的视场相同，但每个微透镜相机阵列的焦距随视场角的不同而不同，从而实现焦距随视场角变化而渐变的光学系统；子相机A和子相机E的瞬时视场δω₁为：

δω₁＝α(x+1)-α(x)

其中：

$\mathrm{\α}\left(x\right)=atan\left(\frac{R\sin \frac{L\·x}{R}}{R+H-R\cos \frac{L\·x}{R}}\right),x=1,2,3...$

L为地面空间分辨率，R为地球半径，H为轨道高度；

变焦光学系统中的微透镜相机阵列的焦距f₁为：

$f_1=b_1/{\mathrm{\δ\ω}}_1=\frac{b_1}{\mathrm{\α}(x+1)-\mathrm{\α}\left(x\right)}$

其中b₁为子相机A和E的CCD探测器像元大小。

子相机B、子相机C和子相机D由定焦光学系统和像元大小渐变的CCD探测器组成；子相机B、子相机C和子相机D采用传统定焦光学系统，但探测器像元尺寸随着视场角的变化而变化，其CCD探测器像元尺寸大小b₂随视场角变化的关系为：

b₂＝f₂·δω₂

其中f₂为定焦光学系统的焦距，δω₂的计算方法和δω₁相同。

该相机系统的优点是相机视场大，地面覆盖范围宽，且整个视场内地面分辨率恒定一致。

附图说明：

图1为相机视场拼接图。

图2为恒地元实现示意图。

具体实施方式：

根据发明内容所述的大视场推扫式恒地元遥感相机系统，整个系统由5个子相机构成，其中子相机A和E由变焦光学系统和像元大小恒定的CCD探测器组成，子相机B、C、D由定焦光学系统和像元大小渐变的CCD探测器组成：

子相机A和E的变焦光学系统同心主镜口径为100mm，后端共有8个微相机拼接成23°视场，每个微相机的视场为3.5°，8个微相机阵列的焦距分别为256mm、185mm、144mm、118mm、99.5mm、86.2mm、76mm和68.5mm，CCD探测器像元大小为20um，线列大小为2351×1；

子相机B和D的定焦光学系统口径为25mm，焦距为62.5mm，CCD探测器的像元大小随视场变化范围为20um～30.75um，线列大小为980×1；

子相机C的定焦光学系统口径为25mm，焦距为62.5mm，CCD探测器的像元大小随视场变化范围为30.75um～31.75um，线列大小为751×1。

Claims (3)

1.一种大视场推扫式恒地元遥感相机系统，由5个子相机构成，其特征在于：

所述的遥感相机系统由5个子相机拼接而成一个大视场相机，每个子相机的视场相同，但每个子相机的瞬时视场不同，且每个子相机的瞬时视场随着视场角变化而变化，其中子相机C对着星下点成像，子相机A和E、B和D分别对称排列在子相机C的两侧。

2.根据权利1要求所述的一种大视场推扫式恒地元遥感相机系统，其特征在于：所述的子相机A和子相机E由变焦光学系统和像元大小恒定的CCD探测器组成；子相机A和子相机E的变焦光学系统采用同心主镜和微透镜相机阵列的形式，由8个微透镜相机阵列拼接实现子相机的视场，每个微透镜相机的视场相同，但每个微透镜相机阵列的焦距随视场角的不同而不同，从而实现焦距随视场角变化而渐变的光学系统；子相机A和子相机E的瞬时视场δω₁为：

δω₁＝α(x+1)-α(x)

其中：

$\mathrm{\α}\left(x\right)=a\tan \left(\frac{Rsin\frac{L\·x}{R}}{R+H-R\cos \frac{L\·x}{R}}\right),x=1,2,3...$

L为地面空间分辨率，R为地球半径，H为轨道高度；

变焦光学系统中的微透镜相机阵列的焦距f₁为：

$f_1=b_1/{\mathrm{\δ\ω}}_1=\frac{b_1}{\mathrm{\α}(x+1)-\mathrm{\α}\left(x\right)}$

其中b₁为子相机A和E的CCD探测器像元大小。

3.根据权利1要求所述的一种大视场推扫式恒地元遥感相机系统，其特征在于：所述的子相机B、子相机C和子相机D由定焦光学系统和像元大小渐变的CCD探测器组成；子相机B、子相机C和子相机D采用传统定焦光学系统，但探测器像元尺寸随着视场角的变化而变化，其CCD探测器像元尺寸大小b₂随视场角变化的关系为：

b₂＝f₂·δω₂

其中f₂为定焦光学系统的焦距，δω₂的计算方法和δω₁相同。