CN106767713B - 一种多通道一体化主被动复合测绘相机系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种多通道一体化主被动复合测绘相机系统，采用激光指向调整组件、第一导光组件、激光指向记录探测器、综合分析控制组件，保证激光接收与激光发射的高精度匹配，有利于提高激光回波的探测效率，有利于实现可见光与激光的良好匹配和联合平差；采用共同基准光源、第二导光组件、第三导光组件、相机视轴指向记录探测器、星敏视轴指向记录探测器、综合分析控制组件，实现星敏感器与多通道一体化相机之间高精度视轴指向关联，进而提高多通道一体化相机的视轴确定精度。通过上述方法，可以提高主被动复合测绘相机的立体测绘精度。本发明可用于多通道一体化主被动复合测绘相机的方案设计与工程应用。

Description

一种多通道一体化主被动复合测绘相机系统

技术领域

本发明涉及一种多通道一体化主被动复合测绘相机系统，是一种可以同时实现高分辨率可见光影像、高精度立体信息等多维度信息综合获取的空间光学遥感系统，属于空间光学遥感领域。

背景技术

传统的测绘相机多采用两线阵或三线阵测绘体制，通过不同角度的多台相机获取不同视角的影像对，实现高精度立体测绘。随着卫星平台性能不断提升，高分辨率大比例尺测绘相机普遍采用单线阵成像体制，通过卫星敏捷机动，利用单台相机实现不同视角的影像对获取，实现高精度立体测绘。

然而，由于受到星敏感器测姿误差、GPS定轨误差、平台姿态稳定性引入误差、星敏感器与相机视轴指向关联误差、时间同步误差、相机自身几何误差等多种误差影响，测绘相机的定位精度受到较大影响，难以满足高精度立体测绘要求。仿真分析表明，测绘相机实现高程精度指标的难度较大，星敏感器与相机视轴指向关联误差是影响立体测绘精度的主要误差源之一。因此，需要对测绘相机进行优化升级，增加一些辅助功能，实现高性能复合测绘，提高系统的测绘精度。复合测绘相机与传统的测绘相机相比，增加了高精度激光测高仪及激光高精度收发匹配功能，通过联合平差，提高测绘精度；增加了高精度视轴指向关联功能，大幅提高星敏感器与相机视轴指向关联精度，进一步提高测绘精度。

目前，高分辨率大比例尺测绘相机对卫星平台的定姿定轨精度等提出了极高的要求，目前国内的卫星平台难以实现。因此，传统的测绘相机具有较大的局限性，主要在于：

1)传统的测绘相机，通常不具备激光测高仪，对卫星平台的定姿定轨精度提出了很高的要求，因此，现有平台难以满足1:5000及更大比例尺测绘精度要求；

2)虽然少数测绘相机配置激光测高仪，但其激光测高仪作为独立载荷存在，未与高分辨率大比例尺测绘相机进行一体化设计，因此整个相机系统规模较大，测绘相机与激光测高仪之间的关联精度较差，难以满足高精度立体测绘要求；

3)虽然测绘相机普遍配置了高精度星敏感器，用于卫星精确定姿，然而由于在轨力热环境不断变化，星敏感器与测绘相机之间的视轴指向不断发生随机变化，而且难以在轨标定，星敏感器与测绘相机之间的视轴指向关联误差严重影响了测绘精度。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种多通道一体化主被动复合测绘相机系统，有效解决了星敏感器与测绘相机之间视轴指向关联精度较低的难题。通过上述方法，实现了可见光与激光的一体化获取、激光接收与激光发射的高精度匹配、星敏感器与测绘相机之间高精度视轴指向关联，提高复合测绘相机的测绘精度。

本发明的技术解决方案是：一种多通道一体化主被动复合测绘相机系统，包括：多通道一体化相机、激光发射器、星敏感器、公共基准光源、第一导光组件、第二导光组件、第三导光组件、激光指向调整组件、激光指向记录探测器、相机视轴指向记录探测器、星敏视轴指向记录探测器、综合分析控制模块；

激光发射器发射N束激光，通过激光指向调整组件后，一部分光被第一导光组件导向多通道一体化相机，并到达激光指向记录探测器，经过综合分析控制模块处理分析后，得出激光接收与激光发射之间的相对指向关系，并驱动激光指向调整组件进行激光指向调整，保证发射激光能够被多通道一体化相机的激光接收通道充分接收；N为正整数；

公共基准光源发出多束准直光束，其中一部分准直光束经过第二导光组件、多通道一体化相机后到达相机视轴指向记录探测器；另一部分准直光束经过第三导光组件、星敏感器后到达星敏视轴指向记录探测器；综合分析控制模块对相机视轴指向记录探测器与星敏视轴指向记录探测器上的光斑质心位置进行运算分析，得到相机与星敏感器之间高精度视轴指向关系，从而提高了相机的视轴指向确定精度，进而提高了复合测绘系统的地面定位精度。

所述激光指向调整组件，采用可旋转高精度双光楔或者高精度二维倾斜镜。

所述的公共基准光源，由一个高稳定基座和多个准直光源组成，准直光源均安装于同一高稳定基座上，各准直光源之间保持精确稳定的相对指向关系，各准直光源发出的准直光束之间保持精确稳定的相对指向关系。

所述第一导光组件、第二导光组件、第三导光组件为高精度棱镜组合，包括高精度五角棱镜、角镜。

所述的多通道一体化相机包括高分辨率可见光成像通道、激光接收通道、也可以包含红外成像通道、高光谱成像通道，将上述通道进行一体化设计，共用前端主光学系统，保证各通道之间稳定的位置关系。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明将高分辨率可见光成像通道、高精度激光测高仪接收通道等进行一体化设计，各通道共用前端主光学系统，保证了各通道之间的在轨稳定性，可以实现可见光影像信息、高精度激光高程信息等多维度信息一体化获取，保证多维度信息之间具有良好的匹配精度，提高多维度数据的应用效果。

(2)本发明采用高精度激光收发匹配的方法，通过激光指向记录探测器对发射激光的指向进行精确探测，通过激光指向调整组件对激光的指向进行精密调整，可以保证激光接收与激光发射之间的匹配精度，提高激光回波探测效率和激光地面足印点与可见光遥感影像的匹配精度，有利于提高可见光与激光联合平差效果，进而提高立体测绘精度。

(3)本发明采用星敏感器与多通道一体化相机之间视轴指向关联的方法，通过共同基准光源、导光组件、相机视轴指向记录探测器、星敏视轴指向记录探测器、综合分析控制组件等，实现星敏感器与多通道一体化相机之间的高精度视轴指向关联，提高的多通道一体化相机视轴确定精度，进而提高立体测绘精度。

附图说明

图1为多通道一体化主被动复合测绘相机系统组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步地详细阐述。

如图1所示为本发明多通道一体化主被动复合测绘相机系统组成示意图，由图1可知，本发明提供的多通道一体化主被动复合测绘相机系统，包括：多通道一体化相机、激光发射器、星敏感器、共同基准光源、第一导光组件、第二导光组件、第三导光组件、激光指向调整组件、激光指向记录探测器、相机视轴指向记录探测器、星敏视轴指向记录探测器、综合分析控制组件。

多通道一体化相机主要包括高分辨率可见光成像通道、激光接收通道，也可以包含红外成像通道、高光谱成像通道等其它成像通道，将这些通道进行一体化设计，共用前端主光学系统，以保证各通道之间稳定的位置关系。多通道一体化相机需要采用高力热稳定性光机结构设计技术和高精度热控技术等多种手段，以保证各通道之间稳定的位置关系。

激光发射器，主要由N台激光器和N套发射镜头组成，N台激光器发出的N束激光分别经过N套发射镜头准直扩束后，产生N束具有较小发散角的准直激光，N束发射激光经过N组激光指向调整组件后以不同的角度射向地面，在地面形成N个离散的激光光斑，即激光足印点。N个激光光斑通过地物反射后，被多通道一体化相机的激光接收通道接收，用于高程测量。

激光发射器产生的N束发射激光，通过N组激光指向调整组件后、每一束激光均有一部分光能被第一导光组件导向多通道一体化相机，并到达激光指向记录探测器，经过综合分析控制组件运算分析，得出激光接收与激光发射之间的相对指向关系，并驱动激光指向调整组件进行激光指向调整，保证发射激光能够被多通道一体化相机的激光接收通道充分接收，提高激光接收效率与高程测量精度。第一导光组件为高精度棱镜组合，包括高精度五角棱镜、角镜等。所述激光指向调整组件，采用N个可旋转高精度双光楔或者N个高精度二维倾斜镜等，可以实现光束指向二维精密调整。激光指向记录探测器，为高灵敏度高帧频小面阵探测器，通过计算激光光斑在其上的质心位置，来分析计算发射激光的指向。激光指向记录探测器与成像通道的成像探测器之间应保持高精度高稳定的位置关系，进而保证激光通道与可见光成像通道之间的良好匹配关系，以保证主被动复合测绘精度。。

公共基准光源，由一个高稳定基座和多个准直光源组成，准直光源都安装于同一高稳定基座上，各准直光源之间保持精确稳定的指向关系。上述准直光源发出的指向高精度关联的多波束准直光，其中一部分通过第二导光组件、多通道一体化相机后到达相机视轴指向记录探测器；另一部分通过第三导光组件、星敏感器后到达星敏视轴指向记录探测器。综合分析控制组件对相机视轴指向记录探测器与星敏视轴指向记录探测器的光斑质心位置进行运算分析，可以得到相机与星敏感器之间高精度视轴指向关系。第二、三导光组件为高精度棱镜组合，包括高精度五角棱镜、角镜等。所述指向记录探测器可以共用成像探测器(当成像探测器是面阵探测器时)，也可以采用单独的小面阵探测器，单独的小面阵探测器需要与成像探测器保持精确的、稳定的位置关系。星敏感器可以精确测量姿态，通过星敏感器与多通道一体化相机之间高精度视轴指向关联测量，消除二者之间的传递误差，提高多通道一体化相机视轴指向的确定精度，进而实现高精度测绘。

本发明未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种多通道一体化主被动复合测绘相机系统，其特征在于包括：多通道一体化相机、激光发射器、星敏感器、公共基准光源、第一导光组件、第二导光组件、第三导光组件、激光指向调整组件、激光指向记录探测器、相机视轴指向记录探测器、星敏视轴指向记录探测器、综合分析控制模块；

激光发射器发射N束激光，通过激光指向调整组件后，一部分光被第一导光组件导向多通道一体化相机，并到达激光指向记录探测器，经过综合分析控制模块处理分析后，得出激光接收与激光发射之间的相对指向关系，并驱动激光指向调整组件进行激光指向调整，保证发射激光能够被多通道一体化相机的激光接收通道充分接收；N为正整数；

公共基准光源发出多束准直光束，其中一部分准直光束经过第二导光组件、多通道一体化相机后到达相机视轴指向记录探测器；另一部分准直光束经过第三导光组件、星敏感器后到达星敏视轴指向记录探测器；综合分析控制模块对相机视轴指向记录探测器与星敏视轴指向记录探测器上的光斑质心位置进行运算分析，得到相机与星敏感器之间高精度视轴指向关系，从而提高了相机的视轴指向确定精度，进而提高了复合测绘系统的地面定位精度。

2.根据权利要求1所述的一种多通道一体化主被动复合测绘相机系统，其特征在于：所述激光指向调整组件，采用可旋转高精度双光楔或者高精度二维倾斜镜。

3.根据权利要求1所述的一种多通道一体化主被动复合测绘相机系统，其特征在于：所述的公共基准光源，由一个高稳定基座和多个准直光源组成，准直光源均安装于同一高稳定基座上，各准直光源之间保持精确稳定的相对指向关系，各准直光源发出的准直光束之间保持精确稳定的相对指向关系。

4.根据权利要求1所述的一种多通道一体化主被动复合测绘相机系统，其特征在于：所述的多通道一体化相机包括高分辨率可见光成像通道、激光接收通道两个通道，将上述通道进行一体化设计，共用前端主光学系统，保证各通道之间稳定的位置关系。