CN107643074B - 一种航空扫描仪摆扫成像方位预置方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于扫描成像技术领域，具体涉及一种航空扫描仪摆扫成像方位预置方法。该方法通过补偿载机和目标相对运动引入的像移角速度，保证扫描仪成像器视轴从初始状态转移到期望状态，并且使扫描状态和预置状态切换过程中角速度超调量尽可能小。

Description

一种航空扫描仪摆扫成像方位预置方法

技术领域

本发明属于扫描成像技术领域，具体涉及一种航空扫描仪摆扫成像方位预置方法。

背景技术

装有线列TDI相机的航空平台扫描仪采用双向摆扫模式对地面景物进行成像，摆扫成像示意图，如图1所示。成像涉及多个过程，包括扫描仪视线(LOS)指向期望的角度位置，在适当的区域位置扫描，反向扫描时扫描仪视线指向期望的角度位置，最终将包含目标的多帧图像拼接成一幅场景图像，基本成像过程见图2。方位预置就是对扫描仪视线重定位的指向过程，它的主要任务是在接收到摆扫成像指令后，根据输入信息分析计算视线指向的角度、角速度和角加速度指令，然后发给伺服系统，驱动框架系统完成扫描仪视线的重定位。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种航空扫描仪摆扫成像方位预置方法，以解决如何提高航空机载高分辨率扫描仪在扫描成像过程中视线的指向精确性的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种航空扫描仪摆扫成像方位预置方法，该方法包括如下步骤：

S1、采集信息数据，设定方位预置时间T_pre，并将方位预置时间T_pre分为前半段方位预置时间t1和后半段方位预置时间t2；其中，

信息数据包括方位预置目标框架角速度ω_target、方位预置初始框架角速度ω_init、方位预置目标框架角S_target、方位预置初始框架角S_init，以及载机和目标相对运动的像移补偿角速度ω_compensate；

前半段方位预置时间t₁、后半段方位预置时间t₂与与方位预置时间T_pre的关系，如公式(1)：

S2、根据公式(2)和(3)，分别计算前半段方位预置时间t₁和后半段方位预置时间t₂两个时间段的加速度微分值和

S3、根据公式(4)和(5)，分别计算前半段方位预置时间t₁和后半段方位预置时间t₂两个时间段的角速度ω₁和ω₂：

S4、根据公式(6)和(7)，分别计算前半段方位预置时间t₁和后半段方位预置时间t₂两个时间段的视轴方位预置指令角速度ω_cmd1和ω_cmd2：

ω_cmd1＝ω₁+ω_compensate(0≤t≤t₁) (6)，

ω_cmd2＝ω₂+ω_compensate(t₁≤t≤T_pre) (7)；

S5、将视轴方位预置指令角速度ω_cmd1和ω_cmd2作为方位预置指令发送至扫描仪的伺服控制单元。

(三)有益效果

本发明提出的航空扫描仪摆扫成像方位预置方法，通过补偿载机和目标相对运动引入的像移角速度，保证扫描仪成像器视轴从初始状态转移到期望状态，并且使扫描状态和预置状态切换过程中角速度超调量尽可能小。

附图说明

图1为现有技术中摆扫成像示意图；

图2为现有技术中基本成像过程示意图：①LOS指向初始位置，②整个条带扫描，③指向下一次反向扫描的起始位置；

图3为本发明实施例的方位预置指令图和局部细节图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本实施例提出一种航空扫描仪摆扫成像方位预置方法，该方法包括如下步骤：

S1、采集信息数据，设定方位预置时间T_pre，并将方位预置时间T_pre分为前半段方位预置时间t₁和后半段方位预置时间t₂；其中，

信息数据包括方位预置目标框架角速度ω_target、方位预置初始框架角速度ω_init、方位预置目标框架角S_target、方位预置初始框架角S_init，以及载机和目标相对运动的像移补偿角速度ω_compensate。

视轴方位预置指令对框架回转运动采用时间最优策略，预置时间二等分，即前半段方位预置时间t₁、后半段方位预置时间t₂与与方位预置时间T_pre的关系，如公式(1)：

S2、根据公式(8)和(9)，分别计算前半段方位预置时间t₁和后半段方位预置时间t₂两个时间段的加速度微分值和

框架回转过程是框架在初始时刻，以初始框架角速度ω_init由初始位置S_init处开始运动，经过时间T_pre后到达S_target处，此时框架角速度为ω_target。运动过程分为两个阶段t₁和t₂，两个阶段内回转运动均是匀变加速运动，其中加速度以及加速度微分分别用符号a₁、a₂、和表示。

这个运动过程中，由角加速度关系可以得到：

由角速度关系可以得到：

符号ω₁和ω₂分别为t₁和t₂时间段的角速度，由运动关系分解得：

由角位置关系可以得到

由关系式(1)、(2)、(3)、(4)和(7)可解得：

S3、由关系式(5)和(6)，分别计算前半段方位预置时间t₁和后半段方位预置时间t₂两个时间段的角速度ω₁和ω₂，得到公式(10)和(11)：

S4、根据公式(12)和(13)，补偿载机和目标相对运动引起得像移后，分别计算前半段方位预置时间t₁和后半段方位预置时间t₂两个时间段的视轴方位预置指令角速度ω_cmd1和ω_cmd2：

ω_cmd1＝ω₁+ω_compensate(0≤t≤t₁) (12)

ω_cmd2＝ω₂+ω_compensate(t₁≤t≤T_pre) (13)

S5、将视轴方位预置指令角速度ω_cmd1和ω_cmd2作为方位预置指令发送至扫描仪的伺服控制单元。该指令及其局部细节，如图3所示。

本实施例的航空扫描仪摆扫成像方位预置方法已得到工程应用，经航空机载试验证明方法可以有效解决成像器视轴的指向问题，有效减小预置过程中角速度的超调量，并且可以对载机和目标相对运动引起的像移做出补偿。该方法中，信息数据源多是来自于扫描仪内部的传感器采样，计算量小、计算时间短，满足实时性要求；该方法适用范围广，可以普遍应用于航空平台的摆扫成像系统。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种航空扫描仪摆扫成像方位预置方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1、采集信息数据，设定方位预置时间T_pre，并将所述方位预置时间T_pre分为前半段方位预置时间t₁和后半段方位预置时间t₂；其中，

所述信息数据包括方位预置目标框架角速度ω_target、方位预置初始框架角速度ω_init、方位预置目标框架角S_target、方位预置初始框架角S_init，以及载机和目标相对运动的像移补偿角速度ω_compensate；

所述前半段方位预置时间t₁、所述后半段方位预置时间t₂与所述方位预置时间T_pre的关系，如公式(1)：

S2、根据公式(2)和(3)，分别计算所述前半段方位预置时间t₁和所述后半段方位预置时间t₂两个时间段的加速度微分值和

S3、根据公式(4)和(5)，分别计算所述前半段方位预置时间t₁和所述后半段方位预置时间t₂两个时间段的角速度ω₁和ω₂：

S4、根据公式(6)和(7)，分别计算所述前半段方位预置时间t₁和所述后半段方位预置时间t₂两个时间段的视轴方位预置指令角速度ω_cmd1和ω_cmd2：

ω_cmd1＝ω₁+ω_compensate(0≤t≤t₁) (6)，

ω_cmd2＝ω₂+ω_compensate(t₁≤t≤T_pre) (7)；

S5、将所述视轴方位预置指令角速度ω_cmd1和ω_cmd2作为方位预置指令发送至所述扫描仪的伺服控制单元。