CN112052599B - 提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法 - Google Patents

提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法，包括：对遥感微纳卫星的反作用轮进行整星动力学和力学特性分析，生成遥感微纳卫星动力学模型；对遥感微纳卫星的反作用轮产生的扰动力和扰动力矩进行检测，并将检测结果作为扰动因子，输入所述遥感微纳卫星动力学模型，得到遥感微纳卫星颤振模型；根据所述遥感微纳卫星颤振模型，评估遥感微纳卫星的在轨颤振参数，并根据所述遥感微纳卫星的在轨颤振参数，对遥感微纳卫星输入补偿抑制因子，以抵消遥感微纳卫星的在轨颤振；将高分辨率光学遥感相机布置于所述遥感微纳卫星上，并进行发射。

Description

提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法
技术领域
本发明涉及遥感卫星技术领域，特别涉及一种提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法。
背景技术
遥感微纳卫星具有体积重量小、生产周期短、运行成本低等特点，是空间光学遥感的重要手段。受制于卫星平台体积、功耗制约，微纳卫星难以为光学载荷提供理想的工作环境，制约了遥感微纳卫星获取光学遥感图像的成像质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法，以解决现有的遥感微纳卫星获取光学遥感图像的成像质量较差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法，包括：
对遥感微纳卫星的反作用轮进行整星动力学和力学特性分析，生成遥感微纳卫星动力学模型；
对遥感微纳卫星的反作用轮产生的扰动力和扰动力矩进行检测，并将检测结果作为扰动因子，输入所述遥感微纳卫星动力学模型，得到遥感微纳卫星颤振模型；
根据所述遥感微纳卫星颤振模型，评估遥感微纳卫星的在轨颤振参数，并根据所述遥感微纳卫星的在轨颤振参数，对遥感微纳卫星输入补偿抑制因子，以抵消遥感微纳卫星的在轨颤振；
将高分辨率光学遥感相机布置于所述遥感微纳卫星上，并进行发射。
可选的，在所述的提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法中，对遥感微纳卫星的反作用轮进行整星动力学和力学特性分析，生成遥感微纳卫星动力学模型包括：
进行所述遥感微纳卫星的结构设计；
根据所述遥感微纳卫星的结构设计，对所述遥感微纳卫星的结构进行建模，获得卫星三维模型、卫星质量模型和卫星惯量模型。
可选的，在所述的提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法中，得到遥感微纳卫星颤振模型包括：
进行反作用轮的设计；
根据所述反作用轮的设计，对遥感微纳卫星的反作用轮产生的扰动力和扰动力矩进行检测，获得扰动力和扰动力矩；
将所述扰动力和扰动力矩输入至所述卫星三维模型、所述卫星质量模型和所述卫星惯量模型，获取所述遥感微纳卫星颤振模型，具体包括：利用软件建立有限元模型，对卫星的结构设计进行参数化和模型化。
可选的，在所述的提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法中，获得扰动力和扰动力矩包括：
将反作用轮扰动力测试在专用振动台上进行检测，对不同转速、不同扰动频率下的扰动力和扰动力矩进行实时测试。
可选的，在所述的提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法中，遥感微纳卫星的反作用轮产生的扰动力和扰动力矩包括：
反作用轮静不平衡扰动参数、反作用轮动不平衡扰动参数、轴承碰撞扰动参数、轴承摩擦扰动参数、轴承打滑扰动参数。
可选的，在所述的提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法中，所述反作用轮为动量轮。
可选的，在所述的提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法中，分别以各种典型工况下反作用轮微振动测量结果作为扰动因子，输入所述遥感微纳卫星动力学模型，得到多个遥感微纳卫星颤振模型；
根据不同的所述遥感微纳卫星颤振模型，对遥感微纳卫星输入多个所述补偿抑制因子，以抵消遥感微纳卫星的在轨颤振。
在本发明提供的提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法中，通过针对遥感微纳卫星进行颤振分析、建模，在遥感微纳卫星设计阶段评估卫星在轨颤振参数，实现了提供标准化、流程化的典型遥感微纳卫星颤振建模方法，并通过采取针对性的颤振抑制和消减措施，提升了布置于所述遥感微纳卫星上的高分辨率光学遥感相机的成像质量。
本发明还提供了一种遥感微纳卫星颤振建模方法，针对典型遥感微纳卫星反作用轮进行整星动力学和力学特性分析，形成和生成微纳卫星颤振模型；通过对反作用轮(动量轮)所产生的各项扰动力、扰动力矩等进行检测，并以实测结果作为颤振扰动输入进行建模。
附图说明
图1是本发明一实施例的动量轮典型工况下扰动力特性示意图；
图2是本发明一实施例的动量轮典型工况下扰动力矩特性示意图；
图3是本发明一实施例提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法流程示意图；
图4是本发明一实施例遥感微纳卫星典型工况下颤振建模结果示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。
本发明的核心思想在于提供一种提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法，以解决现有的遥感微纳卫星获取光学遥感图像的成像质量较差的问题。
发明人发现，颤振是影响高分辨率光学遥感相机成像质量的重要因素。为了提高微纳光学卫星的成像质量，保障其应用效能，有必要从颤振影响成像质量的机理出发，结合卫星平台颤振特性，开展微纳卫星平台颤振对成像质量的影响规律研究，为高分辨率微纳光学卫星的设计提供依据。
目前，对卫星颤振研究主要集中在传统大卫星平台。传统大卫星平台颤振扰动源主要有卫星姿控发动机、太阳翼帆板转动驱动机构(SADA)、动量轮和控制力矩陀螺等活动部组件，这些活动部件在轨的运动、转动均会对遥感卫星在轨产生角振动(颤振)，从而对卫星稳定性产生影响。基于传统大卫星平台的应用需求，对上述各种扰动进行了建模分析。
一般而言，遥感微纳卫星在轨无姿控发动机，活动部件主要为反作用轮(动量轮)，其为遥感微纳卫星在轨颤振主要扰动源。
目前基于遥感微纳卫星应用及发展现状，微纳卫星布局和具体配置受具体任务影响较大，其结构构型、配置等随具体任务变化而变化，因此对遥感微纳卫星颤振特性尚无系统性分析和验证。
典型遥感微纳卫星由于其转动惯量较小，因此一般在轨通过反作用轮(动量轮)进行姿态调整。目前尚无针对遥感微纳卫星在轨颤振的系统性分析和建模方法。
为实现上述思想，本发明提供了一种提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法，包括：对遥感微纳卫星的反作用轮进行整星动力学和力学特性分析，生成遥感微纳卫星动力学模型；对遥感微纳卫星的反作用轮产生的扰动力和扰动力矩进行检测，并将检测结果作为扰动因子，输入所述遥感微纳卫星动力学模型，得到遥感微纳卫星颤振模型；根据所述遥感微纳卫星颤振模型，评估遥感微纳卫星的在轨颤振参数，并根据所述遥感微纳卫星的在轨颤振参数，对遥感微纳卫星输入补偿抑制因子，以抵消遥感微纳卫星的在轨颤振；将高分辨率光学遥感相机布置于所述遥感微纳卫星上，并进行发射。
如图3所示，在所述的提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法中，对遥感微纳卫星的反作用轮进行整星动力学和力学特性分析，生成遥感微纳卫星动力学模型包括：进行所述遥感微纳卫星的结构设计；根据所述遥感微纳卫星的结构设计，对所述遥感微纳卫星的结构进行建模，获得卫星三维模型、卫星质量模型和卫星惯量模型。
在本发明的一个实施例中，在所述的提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法中，得到遥感微纳卫星颤振模型包括：进行反作用轮的设计；根据所述反作用轮的设计，对遥感微纳卫星的反作用轮产生的扰动力和扰动力矩进行检测，获得扰动力和扰动力矩；将所述扰动力和扰动力矩输入至所述卫星三维模型、所述卫星质量模型和所述卫星惯量模型，获取所述遥感微纳卫星颤振模型，具体包括：利用软件建立有限元模型，对卫星的结构设计进行参数化和模型化。
其中，在所述的提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法中，获得扰动力和扰动力矩包括：将反作用轮扰动力测试在专用振动台上进行检测，对不同转速、不同扰动频率下的扰动力和扰动力矩进行实时测试。
进一步的，在所述的提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法中，遥感微纳卫星的反作用轮产生的扰动力和扰动力矩包括：反作用轮静不平衡扰动参数、反作用轮动不平衡扰动参数、轴承碰撞扰动参数、轴承摩擦扰动参数、轴承打滑扰动参数。所述反作用轮为动量轮。
如图3所示，在所述的提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法中，分别以各种典型工况下反作用轮微振动测量结果作为扰动因子，输入所述遥感微纳卫星动力学模型，得到多个遥感微纳卫星颤振模型；根据不同的所述遥感微纳卫星颤振模型，对遥感微纳卫星输入多个所述补偿抑制因子，以抵消遥感微纳卫星的在轨颤振。
在本发明提供的提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法中，通过针对遥感微纳卫星进行颤振分析、建模，在遥感微纳卫星设计阶段评估卫星在轨颤振参数，实现了提供标准化、流程化的典型遥感微纳卫星颤振建模方法，并通过采取针对性的颤振抑制和消减措施，提升了布置于所述遥感微纳卫星上的高分辨率光学遥感相机的成像质量。
本发明还提供了一种遥感微纳卫星颤振建模方法，针对典型遥感微纳卫星反作用轮进行整星动力学和力学特性分析，形成和生成微纳卫星颤振模型；通过对反作用轮(动量轮)所产生的各项扰动力、扰动力矩等进行检测，并以实测结果作为颤振扰动输入进行建模。
本发明以遥感微纳卫星反作用轮(动量轮)为扰动源，开展扰动特性分析；反作用轮(动量轮)扰动主要由于其存在静不平衡、动不平衡和轴承扰动(轴承碰撞、摩擦、打滑)，从而产生扰动力和扰动力矩；对典型遥感微纳卫星进行结构力学建模，主要涉及卫星的质量特性、惯量特性建模；将反作用轮(动量轮)输出的各项扰动力和扰动力矩输入至卫星力学模型建模，利用商业软件Hypermesh以及Patran&Nastran建立有限元模型，包括卫星设计的参数化、模型化，从而得到遥感微纳卫星的颤振模型；将反作用轮(动量轮)扰动力测试在专用振动台上进行检测，对不同转速、不同扰动频率下的扰动力和扰动力矩进行实时测试，检测结果如图1所示。图2是动量轮典型工况下扰动力矩特性，图4为遥感微纳卫星典型工况下颤振建模结果。动量轮典型工况下颤振模型(角位移功率谱密度模型)。
综上，上述实施例对提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (5)

1.一种提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法，其特征在于，包括：
对遥感微纳卫星的反作用轮进行整星动力学和力学特性分析，生成遥感微纳卫星动力学模型，包括：
进行所述遥感微纳卫星的结构设计；
根据所述遥感微纳卫星的结构设计，对所述遥感微纳卫星的结构进行建模，获得卫星三维模型、卫星质量模型和卫星惯量模型；
对遥感微纳卫星的反作用轮产生的扰动力和扰动力矩进行检测，并将检测结果作为扰动因子，输入所述遥感微纳卫星动力学模型，得到遥感微纳卫星颤振模型，其中得到遥感微纳卫星颤振模型包括：
进行反作用轮的设计；
根据所述反作用轮的设计，对遥感微纳卫星的反作用轮产生的扰动力和扰动力矩进行检测，获得扰动力和扰动力矩；
将所述扰动力和扰动力矩输入至所述卫星三维模型、所述卫星质量模型和所述卫星惯量模型，获取所述遥感微纳卫星颤振模型，具体包括：利用软件建立有限元模型，对卫星的结构设计进行参数化和模型化；
根据所述遥感微纳卫星颤振模型，评估遥感微纳卫星的在轨颤振参数，并根据所述遥感微纳卫星的在轨颤振参数，对遥感微纳卫星输入补偿抑制因子，以抵消遥感微纳卫星的在轨颤振；
将高分辨率光学遥感相机布置于所述遥感微纳卫星上，并进行发射。
2.如权利要求1所述的提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法，其特征在于，获得扰动力和扰动力矩包括：
将反作用轮扰动力测试在专用振动台上进行检测，对不同转速、不同扰动频率下的扰动力和扰动力矩进行实时测试。
3.如权利要求1所述的提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法，其特征在于，遥感微纳卫星的反作用轮产生的扰动力和扰动力矩包括：
反作用轮静不平衡扰动参数、反作用轮动不平衡扰动参数、轴承碰撞扰动参数、轴承摩擦扰动参数、轴承打滑扰动参数。
4.如权利要求3所述的提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法，其特征在于，所述反作用轮为动量轮。
5.如权利要求1所述的提高高分辨率光学遥感相机的成像质量方法，其特征在于，分别以各种典型工况下反作用轮微振动测量结果作为扰动因子，输入所述遥感微纳卫星动力学模型，得到多个遥感微纳卫星颤振模型；
根据不同的所述遥感微纳卫星颤振模型，对遥感微纳卫星输入多个所述补偿抑制因子，以抵消遥感微纳卫星的在轨颤振。
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