CN109724566B - 一种卫星动态时变摆扫倍增积分时间的方法 - Google Patents

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Abstract

一种卫星动态时变摆扫倍增积分时间的方法涉及空间光学卫星动态成像领域，本发明的实现方法如下：首先将卫星俯仰指向一定角度，建立多倍积分时间对应的像面移动速度矢量模型，然后计算一定俯仰角下多倍积分时间的卫星动态机动角速度，实现卫星动态机动消减推扫速度多倍提升成像积分时间。该方法在不改变高分相机固有光学参数的条件下，大幅多倍提升常规推扫成像积分时间。通过建立不同俯仰角下卫星动态实时变速机动与推扫成像像移速度间的函数关系，实现卫星姿态的实时机动速度消减推扫成像过快地速，完成像面推扫像移速度的降低，达到相机成像积分时间提升并保持不变的目的，大幅提高相机成像质量。

Description

一种卫星动态时变摆扫倍增积分时间的方法
技术领域
本发明涉及空间光学卫星动态成像领域，具体涉及一种卫星动态时变摆扫倍增积分时间的方法。
背景技术
空间光学遥感发展至今，高分辨率成像与高信噪比成像一直以一对矛盾体并存，人们在改变空间相机的焦距来提高对地分辨力的同时，使用多级积分感光器件来提升成像信噪比。现有技术虽然可以通过改变空间相机的内部参数焦距来提高对地分辨力，但对常规推扫成像方式来说，增大相机的焦距会产生光学系统的F数过大，成像积分时间较短，地面速度过快，系统能量不足，成像信噪比严重下降等问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种卫星动态时变摆扫倍增积分时间的方法，在卫星常规推扫成像的基础上，通过建立不同俯仰角下卫星动态实时变速机动与推扫成像像移速度间的函数关系，实现卫星姿态的实时反向机动消减推扫成像过快地速，完成像面推扫像移速度的降低，达到空间相机成像积分时间延迟并保持不变的目的。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种卫星动态时变摆扫倍增积分时间的方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：卫星在常规推扫成像扫描过程中，卫星成像积分时间为：
Figure GDA0002989969370000011
其中，卫星对地飞行速度为：
Figure GDA0002989969370000012
将卫星对地飞行速度映射至像面后，可得卫星像面移动速度为：
Figure GDA0002989969370000021
卫星成像积分时间为：
Figure GDA0002989969370000022
其中，地球半径为R，地球质量为M，卫星高度为H，万有引力系数为G，μ＝GM，V地为卫星对地飞行速度，V像为像面移动速度，a为CCD像元尺寸，f为相机焦距，Tl为推扫成像积分时间；
步骤二：卫星在摆扫成像扫描过程中，卫星成像积分时间多倍提升，CCD像面始终与光轴成垂直关系，地速为地面的切向速度，卫星成像积分时间为：
Figure GDA0002989969370000023
其中卫星的俯仰角为φ时，对应的像面移动速度为：
Figure GDA0002989969370000024
V地'为地面切向速度的分速度；
步骤三：当卫星在摆扫成像扫描过程前扭转一俯仰角θ，在扫描过程中卫星沿着θ到-θ往复运动，L是卫星对地的距离，卫星摆扫线速度为
Figure GDA0002989969370000025
Figure GDA0002989969370000026
对应的像面移动速度V像为
Figure GDA0002989969370000027
根据积分时间和像面移动速度的对应关系，
Figure GDA0002989969370000028
可得
Figure GDA0002989969370000029
卫星动态时变机动角速度
Figure GDA00029899693700000210
可由下式计算，
Figure GDA00029899693700000211
推导得到
Figure GDA00029899693700000212
γ为V地方向与卫星回扫线速度
Figure GDA00029899693700000213
方向夹角。
本发明的有益效果是：本发明不需要改变高分相机固有光学参数，就可以实现多倍提升常规推扫成像积分时间，解决高分辨相机多级成像能量或信噪比不足的问题，大幅提高成像质量。
附图说明
图1常规推扫成像时间示意图。
图2本发明卫星消减推扫速度物像对应关系图。
图3本发明卫星消减推扫速度的动态机动示意图。
图4本发明星消减地速成像时间示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
一种卫星动态时变摆扫倍增积分时间的方法，该方法包括如下步骤：
1.卫星常规推扫成像积分时间的确定
在卫星常规推扫成像扫描过程中，如图1所示，推扫成像积分时间满足以下关系式，地面目标以星下点为例。
Figure GDA0002989969370000031
其中，卫星对地飞行速度如下，
Figure GDA0002989969370000032
将卫星对地飞行速度映射至像面后，可得卫星像面移动速度如下，
Figure GDA0002989969370000033
地球半径为R＝6371.393×103，地球质量为M＝5.965×1024，万有引力系数为G＝6.672×10-11，μ＝GM。本实施例中卫星高度H＝500km，V地为卫星对地飞行速度，
Figure GDA0002989969370000034
a为CCD像元尺寸7μm，f为相机焦距6m，V像为像面移动速度，
Figure GDA0002989969370000035
Tl为常规推扫成像积分时间，
Figure GDA0002989969370000041
2.确定N倍积分时间与像面移动速度矢量关系
卫星在摆扫的过程中，积分时间多倍提升，CCD像面始终与光轴成垂直关系。由于地面并非为平面，因此地速实际上是地面的切向速度。卫星消减推扫速度物像对应关系如图2所示：
其中，O为地心，R为地球半径，B点为摆扫成像卫星对应的地面物点，∠ABO为ε，卫星回扫线速度
Figure GDA00029899693700000411
与地球半径的夹角为η，地速方向与卫星回扫线速度方向夹角为γ。
根据步骤1中的Tl计算公式可得锁定N倍积分时间对应的表达如下，
Figure GDA0002989969370000042
这里取N＝2，即2Tl＝1.654×10-4s。其次将卫星俯仰角初始指向一定角度，这里取φ＝40°，
Figure GDA0002989969370000043
由公式
Figure GDA0002989969370000044
可知，像面移动速度随着角度的变化而变化。
3.计算提升N倍积分时间对应的卫星动态时变机动角速度
Figure GDA0002989969370000045
为了降低像面移动速度提升积分时间，如图3所示，通过计算消减的推扫成像速度计算卫星动态时变机动角速度
Figure GDA0002989969370000046
Figure GDA0002989969370000047
为卫星动态时变机动角速度，L是卫星对地的距离，卫星摆扫线速度为
Figure GDA0002989969370000048
该线速度即为消减掉的卫星推扫速度。如图4所示，卫星被消减后的相对地速V地'为，
Figure GDA0002989969370000049
Figure GDA00029899693700000410
对应的像面移动速度计算如下，
Figure GDA0002989969370000051
根据积分时间和像面移动速度的对应关系，
Figure GDA0002989969370000052
可得，
Figure GDA0002989969370000053
由上式可知，当积分时间锁定和高分相机光学参数等保持不变时，消减推扫成像速度需要卫星姿态实时变化，卫星动态时变机动角速度
Figure GDA0002989969370000054
可由下式计算，
Figure GDA0002989969370000055
因为卫星俯仰角θ一直在变化，因此除了相机内部参数和设定的积分时间还有卫星对地飞行速度不发生变化之外，其他的参数均发生变化，例如卫星对地的距离
Figure GDA0002989969370000056
卫星补偿速度
Figure GDA0002989969370000057
卫星回扫角速度
Figure GDA0002989969370000058
卫星像面移动速度
Figure GDA0002989969370000059
都是随着俯仰角度θ变化而变化的。当俯仰角θ＝φ＝40°，卫星逆时针摆扫至0°时，卫星消减掉的线速度和角速度逐渐变化。
如图2，在△ABO中BO和AO满足如下关系式
Figure GDA00029899693700000510
各个角之间的对应关系如下，
η＝ε-π/2
γ＝π/2-η＝π-ε
cosγ＝-cosε
计算得到，
Figure GDA0002989969370000061

Claims (1)

1.一种卫星动态时变摆扫倍增积分时间的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一：卫星在常规推扫成像扫描过程中，卫星成像积分时间为：
Figure FDA0002989969360000011
其中，卫星对地飞行速度为：
Figure FDA0002989969360000012
将卫星对地飞行速度映射至像面后，可得卫星像面移动速度为：
Figure FDA0002989969360000013
卫星成像积分时间为：
Figure FDA0002989969360000014
其中，地球半径为R，地球质量为M，卫星高度为H，万有引力系数为G，μ＝GM，V地为卫星对地飞行速度，V像为像面移动速度，a为CCD像元尺寸，f为相机焦距，Tl为推扫成像积分时间；
步骤二：卫星在摆扫成像扫描过程中，卫星成像积分时间多倍提升，CCD像面始终与光轴成垂直关系，地速为地面的切向速度，卫星成像积分时间为：
Figure FDA0002989969360000015
其中卫星的俯仰角为φ时，对应的像面移动速度为：
Figure FDA0002989969360000016
V地'为地面切向速度的分速度；
步骤三：当卫星在摆扫成像扫描过程前扭转一俯仰角θ，在扫描过程中卫星沿着θ到-θ往复运动，L是卫星对地的距离，卫星摆扫线速度为
Figure FDA0002989969360000017
Figure FDA0002989969360000018
对应的像面移动速度V像为
Figure FDA0002989969360000019
根据积分时间和像面移动速度的对应关系，
Figure FDA00029899693600000110
可得
Figure FDA00029899693600000111
卫星动态时变机动角速度
Figure FDA0002989969360000021
可由下式计算，
Figure FDA0002989969360000022
推导得到
Figure FDA0002989969360000023
γ为V地方向与卫星回扫线速度
Figure FDA0002989969360000024
方向夹角；
其中
Figure FDA0002989969360000025
各个角之间的对应关系如下，
η＝ε-π/2，γ＝π/2-η＝π-ε，cosγ＝-cosε
其中卫星回扫线速度
Figure FDA0002989969360000026
与地球半径R的夹角为η。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110657784B (zh) * 2019-09-20 2021-09-03 武汉大学 一种实时测定光轴指向的空间单镜头立体测绘相机

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101226059A (zh) * 2008-02-03 2008-07-23 航天东方红卫星有限公司 一种星载tdiccd相机积分时间计算及调整方法
CN108961319A (zh) * 2018-07-10 2018-12-07 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 双线阵tdi空间相机对动态飞机运动特性的分析方法
CN109018441A (zh) * 2018-09-13 2018-12-18 上海航天控制技术研究所 一种卫星任意姿态机动过程偏流角跟踪控制方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9182237B2 (en) * 2013-12-06 2015-11-10 Novatel Inc. Navigation system with rapid GNSS and inertial initialization

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101226059A (zh) * 2008-02-03 2008-07-23 航天东方红卫星有限公司 一种星载tdiccd相机积分时间计算及调整方法
CN108961319A (zh) * 2018-07-10 2018-12-07 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 双线阵tdi空间相机对动态飞机运动特性的分析方法
CN109018441A (zh) * 2018-09-13 2018-12-18 上海航天控制技术研究所 一种卫星任意姿态机动过程偏流角跟踪控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
卫星后摆补偿地速研究及成像仿真分析;杨秀彬等;《宇航学报》;20100331;第31卷(第3期);第912-917页 *

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