CN109064842B - 一种基于等比缩放模式的空间遥感成像半物理仿真平台 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于等比缩放模式的空间遥感成像半物理仿真平台，包括运动系统、相机载荷、太阳模拟器系统和沙盘，运动系统包括内龙门、外龙门以及分别与内龙门和外龙门滑动连接的轨道；太阳模拟器系统包括太阳模拟器、设置在太阳模拟器正上方的第一太阳光反射镜和与内龙门顶部连接的第二太阳光反射镜，太阳模拟器放置在地面上，沙盘水平放置在轨道之间，太阳模拟器发射是光通过第一太阳光反射镜和第二太阳光反射镜反射到沙盘上。相机载荷连接外龙门的顶端，实现对沙盘的成像。本发明通过将遥感中相机载荷在星下点处垂直成像的关系，在室内的物理仿真平台中以水平成像来代替，解决了物理仿真系统部署空间不够的问题，并且降低整体施工难度。

Description

一种基于等比缩放模式的空间遥感成像半物理仿真平台

技术领域

本发明涉及卫星遥感技术领域，尤其涉及一种基于等比缩放模式的空间遥感成像半物理仿真平台。

背景技术

遥感是指非接触的，远距离的探测技术。一般指运用传感器/遥感器对物体的电磁波的辐射、反射特性的探测。遥感是通过遥感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标地物，获取其反射、辐射或散射的电磁波信息(如电场、磁场、电磁波、地震波等信息)，并进行提取、判定、加工处理、分析与应用的一门科学和技术。

半物理仿真是在实验室条件下，对各个成像环节进行动态模拟仿真，结合部分计算机仿真结果，最终获得遥感仿真图像，通过接近真实的、可加以控制的模拟仿真过程，测试该遥感系统的性能，并给出评价结果。

在利用遥感卫星开展成像实验时，容易受轨道与天气等外部环境影响，很难获取全方位的研究数据，因此需要借助于仿真实验对实验数据进行补充。目前，在对遥感系统进行半物理仿真时，由于实验器材及实验效果的要求，往往需要较大的场地空间。比如遥感系统中的太阳模拟器体积较大，不适合进行悬挂和移动；全维度的构建太阳模拟器、成像载荷与试验目标的位置关系需足够的活动空间等。因此在较小的空间内开展设计部署，整体施工难度较大。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于等比缩放模式的空间遥感成像半物理仿真平台，以解决现有仿真系统部署空间不够的问题，并且降低整体施工难度。

本发明的一个方面，提供了一种基于等比缩放模式的空间遥感成像半物理仿真平台，包括运动系统、相机载荷、太阳模拟器系统和沙盘；

所述运动系统包括内龙门、设置在所述内龙门外侧的外龙门以及分别与所述内龙门和所述外龙门滑动连接的轨道，所述内龙门和所述外龙门在所述轨道上移动；

所述太阳模拟器系统包括太阳模拟器、第一太阳光反射镜和第二太阳光反射镜，所述第一太阳光反射镜垂直设置在所述太阳模拟器正上方，所述第二太阳光反射镜与所述内龙门顶部连接，所述太阳模拟器和轨道放置在地面上，所述沙盘水平放置在所述轨道之间，所述轨道设置在所述太阳模拟器和所述沙盘之间，所述太阳模拟器发射是光通过所述第一太阳光反射镜和所述第二太阳光反射镜反射到所述沙盘上；

所述相机载荷设置在所述外龙门的顶端，随着所述外龙门在所述轨道上移动来调整所述相机载荷相对于所述太阳模拟器和所述沙盘的距离，以实现对所述沙盘的成像。

其中，所述平台还包括：第一三轴云台和第二三轴云台，所述第二太阳光反射镜通过所述第一三轴云台与所述外龙门连接，所述相机载荷通过所述第二三轴云台与所述内龙门连接，所述相机载荷通过所述内龙门、所述外龙门垂直和/或水平运动，以及所述第一三轴云台和所述第二三轴云台俯仰和/或旋转的运动，以实现对所述沙盘的多角度成像。

其中，所述平台还包括：沙盘调节装置，所述沙盘调节装置用于调节所述沙盘的水平位置。

其中，所述相机载荷包括红外、高光谱和微光相机载荷，以模拟不同的遥感成像情况。

本发明实施例中提供的技术方案，具有如下技术效果或优点：

本实施例通过将遥感中相机载荷在星下点处垂直成像的关系，在室内的物理仿真平台中以水平成像来代替，将沙盘水平放置在所述轨道之间，实现河流等液态物质的模拟，进而降低了施工难度。而且，本实施基于内龙门和所述外龙门在所述轨道上移动可实现等比缩放模式的空间遥感成像的物理仿真。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例所涉及的一种基于等比缩放模式的空间遥感成像半物理仿真平台的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示意性示出了本发明一个实施例的一种基于等比缩放模式的空间遥感成像半物理仿真平台的结构示意图。参照图1，本发明实施例的基于等比缩放模式的空间遥感成像半物理仿真平台可在室内实现，包括运动系统、相机载荷101、太阳模拟器系统和沙盘102，其中，

所述运动系统包括内龙门103、设置在所述内龙门103外侧的外龙门104以及分别与所述内龙门103和所述外龙门104滑动连接的轨道105，具体的，所述内龙门103和所述外龙门104可以在所述轨道105上同向或反向移动，且两者可单独移动，也可同时移动；

所述太阳模拟器系统包括太阳模拟器106、第一太阳光反射镜107和第二太阳光反射镜108，所述第一太阳光反射镜107垂直设置在所述太阳模拟器106正上方，所述第二太阳光反射镜108与所述内龙门103顶部连接，所述太阳模拟器106和轨道放置在地面上，所述沙盘102水平放置在所述轨道105之间，所述轨道105设置在所述太阳模拟器106和所述沙盘102之间，所述太阳模拟器106发射是光通过所述第一太阳光反射镜107和所述第二太阳光反射镜108反射到所述沙盘102上。

所述相机载荷101设置在所述外龙门104的顶端，随着所述外龙门104在所述轨道105上移动来调整所述相机载荷101相对于所述太阳模拟器106和所述沙盘102的距离，以实现对所述沙盘102的成像。其中，所述相机载荷101包括红外、高光谱和微光相机载荷，以模拟不同的遥感成像情况。

本实施例通过将遥感中的相机载荷在星下点处垂直成像的关系，在室内的物理仿真平台中以水平成像来代替，使得太阳模拟器不必架设在空中，进而降低了施工难度，解决了在楼层高度有限制的情况下，成像距离太短、幅宽太窄的问题，进而可在室内支撑可见光特性仿真、目标微光特性仿真研究，开展全色、微光等的遥感成像实验和验证。而且，本实施基于内龙门和所述外龙门在所述轨道上移动可实现等比缩放模式的空间遥感成像的物理仿真。

在本发明的另一个实施例中，所述平台还包括第一三轴云台109和第二三轴云台110，所述第二太阳光反射镜108通过所述第一三轴云台109与所述外龙门104连接，所述相机载荷101通过所述第二三轴云台110与所述内龙门103连接，所述相机载荷101通过所述内龙门103、所述外龙门104的垂直和/或水平运动，以及所述第一三轴云台109和所述第二三轴云台110的俯仰和旋转运动，以实现对所述沙盘的多角度成像。

其中，第一三轴云台109和第二三轴云台110上均设置有倾斜仪，用于测量俯仰角度。

本实施例通过将遥感中的相机载荷在星下点处垂直成像的关系，在室内的物理仿真平台中以水平成像来代替，使得太阳模拟器不必架设在空中，进而降低了施工难度，增加了光线传播距离和变化的角度，增大了光斑的面积，解决了在楼层高度有限制的情况下，成像距离太短、幅宽太窄的问题，进而实现可在室内支撑可见光特性仿真、目标微光特性仿真研究，开展全色、微光等的遥感成像实验和验证。

在本发明的这一实施例中，所述平台还包括沙盘调节装置，所述沙盘调节装置用于调节所述沙盘的水平位置。

以下将通过本发明的两个具体的实施例进行说明，在具体实施例一中，本发明实施例的小型空间遥感成型半物理仿真平台可在室内实现，包括运动系统、相机载荷、三轴云台、太阳模拟器系统和沙盘系统，其中：

1、运动系统，具体包括：

嵌套龙门2个，轨道两个，嵌套龙门设置在轨道上，龙门可在垂直方向和水平方向上移动，在本发明实施例中，所述龙门也可以是可以起到同样移动效果的支架等设备，对此，本发明实施例不做具体限制。

2、相机载荷

高度小于40cm；数量为3个，质量小于50kg，在本发明实施例中，相机载荷包括红外、高光谱和微光相机载荷，以实现模拟不同的遥感成像情况，具体的可以根据要实现的成像情况来选择不同的相机载荷。

其中微光照相机是一种能够在月光、星光或天空光等微弱自然光的光线条件下，进行远距离景物拍摄的照相机。微光照相机具有受高能辐射时，可记录辐射转换屏产生的弱光像的优点，广泛用于侦察、水下作业微弱目标探测等领域.该机是由强光力主透镜、微光管、移像透镜和具有特殊乳剂层的感光片等部分组成。

高光谱相机载荷是利用高光谱成像技术进行成像的相机，高光谱成像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，它将成像技术与光谱技术相结合，探测目标的二维几何空间及一维光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。

3、三轴云台

长度为30cm；数量为2个，可承载50kg。

三轴云台的一端设置有相机载荷，以实现相机俯仰和旋转的移动。

4、太阳模拟器系统，具体包括：

1个太阳模拟器和两套反射镜，太阳模拟器发射是光经过两套反射镜反射后，可以达到照射光斑大小直径0.6米，光线平行精度6度。

太阳模拟器系统，可以用来模拟真实太阳的光强、光亮和光谱的情况，并且可以通过增加滤片来实现光强的调节。

5、沙盘，可以水平放置在导轨之间。

其中，太阳模拟器水平放置到地面上，沙盘水平放置在导轨之间，两个嵌套龙门的上部分别设置有一个三轴云台，其中，嵌套龙门的内龙门的三轴云台的一端设置有第一反射镜，嵌套龙门的外龙门的三轴云台的一端设置有相机载荷，相机载荷通过龙门的垂直和水平运动，以及三轴云台的运动，实现多角度成像，太阳模拟器通过设置在其正上方的第二反射镜1和设置在内龙门上的第一反射镜，将光线反射到沙盘上，同时进过两次反射，也使得照射到沙盘上照射光斑变大。

在本发明的一个具体的实施例中，载荷的实际空间成像距离为1.1米—1.3米，而载荷设计的成像距离为3米，需要加装微距镜头来辅助成像。

在本发明实施例中，太阳模拟器是利用人工光源模拟太阳光辐射，以克服太阳光辐射受时间和气候影响，并且总辐照度不能调节等缺点，并且通过两次反射增加了反射距离，增大了照射到沙盘上的光斑。

相机载荷模拟的是卫星上的探测载荷，在本实施例中，可通过相机载荷和沙盘的移动调节，实现相机载荷在沙盘上的垂直成像。

为了使得物理平台仿真实验的结果更接近与真实的实验结果，在获得半物理仿真平台的实验数据后，会再通过增加现有的环境数据，并与模拟数据进行叠加，使得物理仿真的结果更加接近真实的遥感系统。

其中，本实施例将沙盘水平放置，沙盘可使用真实材质制作，可以模拟流动场景来进行实验，方便对真实场景下的光谱特性和热特性的进行仿真，并且节省了建设成本，太阳模拟器不必架设在空中，进而降低了施工难度，增加了光线传播距离和变化的角度，增大了光斑的面积，解决了在楼层高度有限制的情况下，成像距离太短、幅宽太窄的问题，进而实现可在室内支撑可见光特性仿真、目标微光特性仿真研究，开展全色、微光等的遥感成像实验和验证。

实施例二：

在实施例一的基础上进行改进，由于热特性难以仿真，可不做热特性仿真，放弃长波高光谱载荷，改用可见、近红外高光谱载荷。其它试验条件同上。

本实施例通过将遥感中的相机载荷在星下点处垂直成像的关系，在室内的物理仿真平台中以水平成像来代替，使得太阳模拟器不必架设在空中，进而降低了施工难度，增加了光线传播距离和变化的角度，增大了光斑的面积，解决了在楼层高度有限制的情况下，成像距离太短、幅宽太窄的问题，进而实现可在室内支撑可见光特性仿真、目标微光特性仿真研究，开展全色、微光等的遥感成像实验和验证。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (2)

1.一种基于等比缩放模式的空间遥感成像半物理仿真平台，其特征在于，包括运动系统、相机载荷、太阳模拟器系统和沙盘；

所述运动系统包括内龙门、设置在所述内龙门外侧的外龙门以及分别与所述内龙门和所述外龙门滑动连接的轨道，所述内龙门和所述外龙门在所述轨道上移动；

所述太阳模拟器系统包括太阳模拟器、第一太阳光反射镜和第二太阳光反射镜，所述第一太阳光反射镜垂直设置在所述太阳模拟器正上方，所述第二太阳光反射镜与所述外龙门顶部连接，所述太阳模拟器和轨道放置在地面上，所述沙盘水平放置在所述轨道之间，所述太阳模拟器发射的光通过所述第一太阳光反射镜和所述第二太阳光反射镜反射到所述沙盘上；

所述相机载荷设置在所述内龙门的顶端，随着所述内龙门在所述轨道上移动来调整所述相机载荷相对于所述太阳模拟器和所述沙盘的距离，以实现对所述沙盘的成像；

所述平台还包括：第一三轴云台和第二三轴云台，所述第二太阳光反射镜通过所述第一三轴云台与所述外龙门连接，所述相机载荷通过所述第二三轴云台与所述内龙门连接，所述相机载荷通过所述内龙门、所述外龙门垂直和/或水平运动，以及所述第一三轴云台和所述第二三轴云台俯仰和/或旋转的运动，以实现对所述沙盘的多角度成像；其中，所述第一三轴云台和所述第二三轴云台上均设置有倾斜仪，用于测量俯仰角度；

所述平台还包括沙盘调节装置，所述沙盘调节装置用于调节所述沙盘的水平位置。

2.根据权利要求1所述的基于等比缩放模式的空间遥感成像半物理仿真平台，其特征在于，所述相机载荷包括红外、高光谱和微光相机载荷，以模拟不同的遥感成像情况。