CN107918244A - 基于旋转的玫瑰线扫描大幅宽光学成像系统及方法 - Google Patents

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Abstract

基于旋转的玫瑰线扫描大幅宽光学成像系统及方法。本发明提供光学成像系统,本发明提供光学成像系统包括：卫星星体、二级旋转机构、成像相机，其特征在于，所述成像相机通过二级旋转机构与卫星星体连接，相机视轴不平行于卫星对地轴，相机视轴与第二级转轴、第二级转轴与第一级转轴间均成一定角度，2旋转轴成像过程中二级旋转机构分别旋转，旋转扫描轨迹投影为玫瑰线。

Description

基于旋转的玫瑰线扫描大幅宽光学成像系统及方法
技术领域
本发明涉及光学遥感成像技术领域，特别涉及基于旋转的大幅宽光学成像系统。
背景技术
光学遥感卫星的发展趋势是大幅宽、高分辨率。现有卫星成像系统通过成像相机摆动实现拍摄幅宽，所以现有卫星成像系统的分辨率和幅宽是两个很难兼顾的指标，高分辨率大幅宽成像要求大口径大视场相机与超大规模探测器配合，极大的增加了载荷设计难度，不利于卫星的成本控制与轻小型化。本发明提出方案的主要优势是避免了使用超大规模探测器，并降低了大视场相机的设计难度。
发明内容
本发明解决的问题是现有卫星成像系统很难兼顾分辨率和幅宽两个指标，为解决所述问题，基于旋转的玫瑰线扫描大幅宽光学成像系统及方法。
本发明提供的基于旋转的玫瑰线扫描大幅宽光学成像系统，包括：卫星星体、二级旋转机构、第一成像相机，所述成像相机通过二级旋转机构与卫星星体连接，第一相机视轴不平行于卫星对地轴，二级旋转机构包括第一级旋转机构和第二级旋转机构；第一相机视轴与第二级转轴、第二级转轴与第一级转轴夹角均不为0，成像过程中第一级旋转机构和第二级旋转机构分别旋转，旋转扫描轨迹投影为玫瑰线。
进一步，第一级旋转机构一端与卫星星体固连，第一级转轴与卫星对地轴平行或不平行；第二级旋转机构一端与第一级旋转机构另一端固连；相机与第二级旋转机构另一端固连，第一相机视轴与第二级旋转机构转轴成一定角度。
进一步，第一级转轴与卫星对地轴平行，第二级转轴与第一级转轴夹角为θ1，第一相机视轴与第二级转轴夹角为θ2，地面成像区域的幅宽为：其中R为地球半径，h为卫星轨道高度；第一级旋转机构转速为ω1，第二级旋转机构转速为ω2，两旋转机构旋转方向相同或相反。
进一步，所述成像相机为面阵相机。
进一步，还包括第二成像相机，所述第一成像相机和第二成像相机均固连于第二级旋转机构另一端，第一相机视轴和第二相机视轴与第二级旋转机构转轴夹角均不为0。
本发明还提供采用所提供的基于旋转的玫瑰线扫描大幅宽光学成像系统的成像方法。
本发明的优点包括：
本发明提供的方案在卫星运动过程中，成像相机通过二级旋转机构绕卫星对地轴2级旋转并拍摄，形成玫瑰线形拍摄轨迹，对于特定轨道卫星，调整二级旋转机构的2级转速及方向、转轴2与转轴1夹角、相机视轴与转轴2夹角、相机视场，可使新玫瑰瓣填充旧玫瑰瓣空挡，新玫瑰区域填充旧玫瑰区域空挡，从而满足卫星运动过程中覆盖的区域全拍摄，且离星下点轨迹较近的区域可以以获得斜距较短、斜视角度较小进而实际成像分辨率较高的图像，从而兼顾幅宽与分辨率，并且对成像相机无特别要求。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的基于旋转的玫瑰线扫描大幅宽光学成像系统采用单个相机的示意图；
图2是本发明第二实施例提供的基于旋转的玫瑰线扫描大幅宽光学成像系统采用两个相机示意图。
具体实施例方式
下文中，结合附图和实施例对本发明的精神和实质作进一步阐述。
本发明实施例提供的基于旋转的玫瑰线扫描大幅宽光学成像系统，包括：卫星星体1、二级旋转机构、成像相机，所述成像相机通过二级旋转机构与卫星星体连接，相机视轴不平行于卫星对地轴，二级旋转机构包括第一级旋转机构和第二级旋转机构；相机视轴与第二级转轴、第二级转轴与第一级转轴间均成一不为0的角度，2旋转轴成像过程中二级旋转机构分别旋转，旋转扫描轨迹投影为玫瑰线。需要说明的是，虽然玫瑰线有严格定义，但是考虑到卫星星体在运动，所以旋转扫描轨迹投影并非严格符合数学表达式的玫瑰线，只是为了说明是二级旋转机构旋转形成的扫描轨迹。所述成像相机可以为1个或多个。
卫星在轨运行时，成像相机开机对地成像，过程中第一旋转机构绕第一级转轴360度旋转，第二旋转机构绕第二级转轴360度旋转；成像相机对地拍摄得到玫瑰线形区域。各玫瑰瓣区域有一定重叠，通过卫星前向飞行，相机成像的新玫瑰成像区域与之前成像得到的旧玫瑰形区域有一定的重叠，以保证对成像区域内的无缝覆盖。通过合理配置卫星轨道(进而行进线速度)二级旋转机构的2级转速及方向、第二级转轴与第一级转轴夹角、相机视轴与第二级转轴夹角、相机视场，实现卫星行进过程中，成像相机对所述玫瑰线形拍摄带直径所限定的区域拍摄；从而提高拍摄幅宽，并且对相机口径无额外要求，即兼顾了幅宽和分辨率。
第一实施例
如图1所示，本实施例中，采用一个成像相机311，成像相机通过二级旋转机构2与卫星星体1连接。第一级旋转机构21的转轴213与卫星对地轴平行，第二级旋转机构22的转轴223与第一级转轴213成角度θ1＝20°，相机视轴312与第二级旋转机构22的转轴223成角度θ2＝10°。第一级旋转机构21转速ω1＝10°/s，第二级旋转机构22转速ω2＝30°/s，ω1与ω2同向。
第二实施例
如图2所示，本实施例中，采用两个成像相机，第一成像相机311，第二成像相机312通过二级旋转机构2与卫星星体1连接，均固连于第二级旋转机构22另一端222，对称均匀分布。第一级旋转机构21转轴213与卫星对地轴平行，第二级旋转机构22转轴223与第一级转轴213成角度θ1，第一成像相机311的视轴312与第二级旋转机构22的第二级转轴223成角度θ2，第二成像相机312的视轴322与第二级旋转机构22转轴223成角度θ3。第一级旋转机构(21)转速ω1，第二级旋转机构(22)转速ω2，ω1与ω2反向。
在本发明的其他实施例中，还可以根据应用需求对成像相机的数量及安装参数做适应性的修改，成像相机可以设置为均匀或不均匀分布的两个或多个相机，各相机视轴与第二级旋转机构转轴成相同或不同角度，其核心即是相机视轴与第二级旋转机构转轴成一定角度安装，第二级旋转机构转轴与第一级旋转机构转轴成一定角度安装，二级旋转机构360度旋转实现玫瑰线形区域覆盖，玫瑰线各瓣互相重叠，通过卫星的飞行实现沿轨方向的玫瑰线形区域重叠全覆盖。

Claims (6)

1.基于旋转的玫瑰线扫描大幅宽光学成像系统，包括：卫星星体1)、二级旋转机构(2)、第一成像相机(311)，其特征在于，所述成像相机(311)通过二级旋转机构(2)与卫星星体(1)连接，相机视轴不平行于卫星对地轴，二级旋转机构(2)包括第一级旋转机构(21)和第二级旋转机构(22)；相机视轴与第二级转轴、第二级转轴与第一级转轴夹角均不为0，成像过程中第一级旋转机构(21)和第二级旋转机构(22)分别旋转，旋转扫描轨迹投影为玫瑰线。
2.依据权利要求1所述的基于旋转的玫瑰线扫描大幅宽光学成像系统，其特征在于，第一级旋转机构(21)一端(211)与卫星星体(1)固连，第一级转轴(213)与卫星对地轴平行或不平行；第二级旋转机构(22)一端(221)与第一级旋转机构(21)另一端(212)固连；第一成像相机(311)与第二级旋转机构(22)另一端(222)固连，第一相机视轴(312)与第二级旋转机构(22)转轴(223)成一定角度。
3.依据权利要求1所述的的基于旋转的玫瑰线扫描大幅宽光学成像系统，其特征在于，第一级转轴(213)与卫星对地轴平行，第二级转轴(223)与第一级转轴(213)夹角为θ1，第一相机视轴(312)与第二级旋转机构(22)转轴(223)夹角为θ2，地面成像区域的幅宽：其中R为地球半径，h为卫星轨道高度；第一级旋转机构(21)转速为ω1，第二级旋转机构(22)转速为ω2，两旋转机构旋转方向相同或相反。
4.依据权利要求1所述的基于旋转的玫瑰线扫描大幅宽光学成像系统，其特征在于，所述成像相机为面阵相机。
5.依据权利要求1所述的基于旋转的玫瑰线扫描大幅宽光学成像系统，其特征在于，还包括第二成像相机(312)，所述第一成像相机(311)和第二成像相机(312)均固连于第二级旋转机构(22)另一端(222)，第一相机视轴312和第二相机视轴(322)与第二级旋转机构(22)转轴(223)夹角均不为0。
6.权利要求1至5中任意一项所提供的基于旋转的玫瑰线扫描大幅宽光学成像系统的成像方法。
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