李友一[1]2001年在《空间相机偏流角控制的研究》文中认为像移补偿技术是高分辨力空间相机的关键技术。在空间照相，由于偏流角的存在，使得像移速度在像面坐标系存在两个分量：前向像移速度和横向像移速度，偏流角控制本质上是消除横向像移速度，因此，偏流角控制是空间相机像移补偿的一部分。不同类型的空间相机有不同的像移补偿方法，也就有不同的偏流角控制方法，本文对机械像移补偿法、电子学补偿方法等像移补偿方法中的偏流角控制及作用进行分析。着重介绍和分析了使用TDICCD的传输型空间相机的偏流角控制的方法。设计和实现了以80C31作为偏流角控制器，以步进电机为执行元件，以绝对式编码器作为偏流角测量元件的偏流角位置闭环控制系统。并在各种空间环境模拟实验中得到了大量的实验数据。
李伟雄[2]2012年在《高分辨率空间相机敏捷成像的像移补偿方法研究》文中指出随着空间相机分辨率的不断提高，各空间技术强国除了追求相机的高地面分辨率外，对相机的图像采集效率也有了较为严格的要求，并且提出更多的图像应用方向，敏捷成像应运而生并成为了重要的研究方向之一。本文分析了不同敏捷成像模式对高分辨率空间相机像移补偿的要求，在此基础上研究适应飞行器大侧摆和大俯仰姿态下的敏捷成像的像移补偿方法。首先，参照国外敏捷成像卫星，规划出单条带成像、多轨连续条带成像、同轨连续条带成像、多轨立体成像、同轨立体成像以及同轨多目标成像六种在飞行器姿态叁轴姿态稳定时敏捷成像模式，研究每种成像模式的特点和作用。按照每种敏捷成像模式对飞行器姿态要求，将六种模式分为侧摆成像、俯仰成像以及侧摆俯仰成像叁类。其次，建立瞬态几何成像模型，用简单直观的方法定性分析侧摆成像和俯仰成像两类敏捷成像模式对像移补偿的要求。根据齐次坐标变换矩阵及景点到像面的变换过程，建立了像移速度矢计算模型，并推导了像移速度的精确计算公式。通过精密的像移矢计算模型以及传递函数的评价方法定量分析叁类敏捷成像模式对像移补偿的要求。再次，对传统补偿方法下的像移速度相对误差和偏流角误差的误差源进行归纳。通过对传统补偿方法在敏捷成像时的像移速度和偏流角匹配残差、像移速度和偏流角估值误差以及偏流角累积误差的分析，确定传统补偿方法对敏捷成像模式的适应能力，进而提出了适应大侧摆和大俯仰的敏捷成像模式需要解决的叁个问题，侧摆成像问题、持续成像问题以及俯仰成像问题。然后，研究敏捷成像的叁个问题的解决方法：分析异速匹配和实时偏流调整方法的原理，并通过地面实验和在轨测试的完成两个方法验证。建立了实时偏流调整中的机构调整附加误差计算的数学模型，对实时偏流调整原理以及偏流角误差进行了定量分析,从理论证明了实时偏流调整的可行性。根据横向像移图像的生成原理，建立了横向像移图像的数学模型。提出了组建完成方程组的横向像移图像复原的方法，完成了地面仿真验证和算法精度分析。最后，根据异速匹配、实时偏流调整以及构建完整方程组方法的实施条件，设计了适用于敏捷成像的高分辨率空间相机的敏捷像面，并且提出了基于敏捷像面的适应于飞行器大侧摆和大俯仰姿态的高分辨率空间相机的敏捷成像方案，为高分辨率空间相机敏捷成像的像移补偿技术的发展，提供了理论依据。
谭双龙[3]2014年在《敏捷卫星相机异速像移计算与分析》文中进行了进一步梳理敏捷卫星已经成为目前高分辨率卫星的发展趋势，敏捷卫星可以利用自身姿态的灵活性进行大范围的侧摆和俯仰成像，实现地面大范围覆盖，解决了高空间分辨率和高时间分辨率无法同时实现的矛盾。像移是制约星载TDICCD相机实现高分辨率成像的主要原因，所以建立含有姿态机动的敏捷卫星像面像移速度和偏流角模型是迫切需要解决的问题。本文在这一背景下进行了如下具体工作：首先，详细分析了TDICCD的工作原理，了解偏流角产生的原因，计算了像面单个像元积分时间，并利用中心投影和坐标变化相结合的方法建立了敏捷卫星分别采用侧摆成像和俯仰成像时像面的像移速度和偏流角计算模型。其次，基于建立的像移速度计算模型，针对某一典型卫星参数，着重分析了敏捷卫星采用侧摆成像模式下的像面像移速度和偏流角分别随纬度和侧摆角的变化；根据像面不同视场像元的像移速度分布计算异速像移，利用MTF对异速像移对成像质量产生的影响进行定量分析和评价。然后，针对敏捷卫星侧摆成像时像面的异速像移情况，提出异速像移补偿策略，包括偏流角调整和异速像移速度的匹配；通过分析偏流角对连续成像时间的影响，提出偏流角实时补偿的必要性；分别用叁种方法实现了异速像移速度的匹配，通过对叁种方法的优缺点分析，证明了积分级次调整和分组分频控制补偿相结合的方法是最有效的异速像移补偿方法；分析像面实现全视场清晰成像的范围以及不调整偏流角时卫星相机的最长拍摄时间。最后，在MATLAB环境下编译可视化GUI软件，将所建立的像移计算模型进行封装，实现功能模块化，更易于实现人机交互并拓宽了模型的应用范围。
李永昌[4]2016年在《敏捷卫星相机像移补偿关键技术研究》文中研究表明随着空间遥感技术的不断发展,各国除了追求高地面分辨率外,对卫星的快速响应能力、对地观测效率以及成像范围都提出了更高的要求。敏捷卫星作为一种新型对地观测遥感卫星,因其具有快捷、灵活、高效的成像特点,已经成为高分辨率遥感卫星的发展趋势。空间相机在轨成像期间,由于卫星姿态机动、轨道运动、地球自转等原因导致地面目标在焦面上所成的像会产生像移,像移是制约TDICCD空间相机实现高质量成像的主要原因,它对具有快速灵活机动能力的敏捷卫星相机的影响更加严重。因此建立含姿态机动的敏捷卫星相机像移速度场模型,并根据像移速度场分布情况制定像移补偿策略是迫切需要解决的问题。首先,分析了像移对TDICCD成像质量的影响,参照当今具有代表性的敏捷卫星,归纳出了同轨多目标成像、同轨立体成像、同轨多条带拼接成像、动态摆扫成像四种典型成像模式,并研究了每种成像模式的工作原理,按照成像期间卫星姿态对地指向的不同,将这四种典型成像模式分为了静态成像模式与动态成像模式两类,又按照成像姿态的不同,将静态成像模式分为了侧摆成像、俯仰成像、侧摆兼具俯仰成像叁类。其次,针对传统星下点成像像移速度矢计算模型的不足,提出了一种基于刚体运动学的建模方法,通过坐标系转换、矢量关系推导、目标点位置矢量求解、模型分量求解等步骤,建立了含姿态机动的敏捷卫星相机像移速度场模型,建模过程中既考虑了地球为椭球体的实际情况,又考虑了离轴叁反光学系统的离轴角,使模型的真实性和准确性得到了提高。通过仿真验证了本文提出的像移速度场模型的建模原理是正确可行的,仿真结果表明:本文提出的像移速度场模型的偏流角和像移速度的计算结果与星下点成像像移速度矢计算模型的结果非常接近,偏流角误差与像移速度相对误差均在允许的范围内。然后,在本文提出的像移速度场模型基础上,结合某敏捷卫星的实际参数和相应的卫星轨道、姿态参数,分别对敏捷卫星在静态成像模式和动态成像模式下的焦面像移速度和偏流角的分布规律进行了叁维仿真,定量分析了焦面不同像点位置间的像移速度和偏流角差异,并针对不同的成像模式分析了离轴角、卫星姿态角、纬度幅角、摆扫角速率等参数对焦面像移速度和偏流角的影响。最后,对像移补偿过程中涉及的误差进行了分析,指出像移速度相对匹配残差与偏流角匹配残差是影响敏捷卫星相机成像质量的主要因素。并针对敏捷卫星不同成像模式下的焦面MTF和像移速度场的分布情况,制定了相应的像移补偿策略。其中针对侧摆兼具俯仰成像模式提出了全局优化、局部优化偏流角匹配策略,并根据匹配效果仿真验证了两种偏流角匹配策略的可行性,仿真结果表明:全局优化匹配策略能够实现全视场清晰成像,适用于敏捷卫星的普查成像任务,而局部优化匹配策略能够使相机的局部成像质量得到显着提升,适用于敏捷卫星的详查成像任务;针对侧摆成像提出了像移速度分组异速匹配策略,给出了96级积分时不同侧摆角所对应的分组方案,仿真结果表明:该策略能够在不降低积分级数的前提下全面提升焦面MTF;针对侧摆兼具俯仰成像提出了积分级数调节与分组行频调节相结合的像移速度匹配策略,仿真结果表明:该策略既能保证相机在小姿态角下的高积分级数,又能保证相机在大姿态角下的高MTF;针对动态摆扫成像指出了摆扫角速率是影响TDICCD行频变化的主要因素,并给出了50μs级空间相机在不同纬度幅角以及摆扫角下所对应的摆扫角速率上限值,仿真结果表明:该上限值结合传统像移速度补偿策略能够在保证高MTF的同时将TDICCD的行频控制在允许范围内。本文提出的敏捷卫星相机像移速度场模型和像移补偿策略可为敏捷卫星相机的像移补偿提供理论依据。
曹正礼[5]2007年在《叁线阵CCD相机偏流角补偿研究》文中提出本文针对叁线阵CCD卫星在轨对地摄影过程中存在的偏流角问题,进行偏流角补偿的研究。介绍了偏流角的产生及其对叁线阵CCD相机的成像的影响。在充分分析偏流角产生因素的基础上,给出任意轨道卫星在轨运行时的偏流角,进而分析偏流角的特征,通过卫星姿态调整对偏流角进行有效补偿,在得出的卫星姿态调整量的基础上给出在一定时间内对地成像的有效面积。以误差四元数描述卫星姿态跟踪方程。设计了两种实现卫星姿态跟踪的控制器。第一种控制器在传统变结构控制器的基础上加入了自适应和模糊环节,自适应环节能够有效地补偿卫星在轨运行期间的干扰力矩影响,但不能消除变结构控制器存在的抖振问题,在加入模糊环节后能够有效地抑制抖振现象。第二种控制器是在考虑卫星转动惯量存在不确定部分的情况下加入一个补偿环节,通过仿真分析该方法能够在星体转动惯量存在不确定量的前提下最终达到稳定状态。最后设计了偏流角补偿的姿态跟踪控制系统,通过比较发现:以第一种控制器实现的补偿系统比第二种方法的有效成像面积大,但第一种控制系统需要的控制力矩比第二种系统要大的多,因此实现起来比较困难。相比较第二种控制系统能够快速的达到收敛,而且要求的控制力矩不大,能够满足偏流角补偿的要求。
张媛[6]2013年在《星载TDICCD相机侧摆成像像移速度建模与分析》文中研究指明大扫描视场下的高分辨率成像是星载TDICCD遥感相机追求的目标，精确的像移补偿是TDICCD相机高质量成像的前提条件，如何扩大TDICCD相机的扫描视场以及建立与之相对应的精确的像移速度模型是目前的首要任务。本文在星载TDICCD星下点成像像移速度模型的基础上，建立了侧摆成像像移速度模型，并分析了此模型下的像移速度误差和偏流角误差。本文的具体工作如下：首先，详细分析了如何利用齐次坐标变换法建立星载TDICDD相机星下点成像像移速度模型，了解了模型中各坐标系间的变换关系以及各种参数在模型推导过程中的作用，明确定义了像移速度模型中所涉及的参数，为后文建立侧摆成像像移速度模型打下理论基础。其次，将45°旋转扫描反射镜（以下简称45°镜）用于TDICCD相机成像以扩大扫描视场，针对45°镜的成像特性，利用K镜（由叁面反射镜组成的光学系统，因形状像倒“K”字，因此简称“K镜”）进行消像旋，用模拟的方法验证了加入K镜的合理性；利用光学反射矢量基本原理推导了45°镜和K镜对光矢量的转换矩阵，结合星下点成像像移速度模型建立了TDICCD相机侧摆成像像移速度模型，给出了像面上各个像点处的像移速度和偏流角计算解析式；重新定义了模型中的i'0、γ'0和h()等参数，并分析了卫星处于不同轨道位置时这些参数的变化关系。然后，基于前文建立的侧摆成像像移速度模型，分析了卫星分别处于同一侧摆角不同纬度和同一纬度不同侧摆角时、两种像移补偿方案下，各像点的前向、横向像移速度以及偏流角的变化关系，分析表明：利用探测器旋转同时校正像旋角和偏流角时，像旋角是影响像移速度和偏流角的主要原因。最后，根据像移速度相对误差与调制传递函数(MTF)之间的关系，给出了满足成像要求的像移速度相对误差及偏流角误差的极限值；模拟了像移速度相对匹配残差EVp2和偏流角补偿残差Eη2在卫星两种侧摆成像时、两种补偿方案下的变化曲线，结合两误差的极限值，得到了不同侧摆成像时的极限情况；利用蒙特卡罗法分析了不同侧摆角度下像移速度估值误差ΔVp和偏流角估值误差Δηp的概率分布；经过分析比较，证明了EVp2和Eη2是影响像质的主要因素。
谷松, 徐振[7]2014年在《新型空间相机偏流角调整方法》文中研究表明针对目前国内光学成像侦察卫星成像模式单一、对曲线条带状目标侦察效率低下的现状,开展了以相机实时像移补偿技术为基础的一种新型空间相机偏流角调整方法的研究。介绍了新型空间相机偏流角调整方法的原理,并设计了一种可使空间相机实现实时像移补偿的偏流调整机构。区别于传统的TDI-CCD拼接后整体旋转调偏流方式,该机构实现了TDI-CCD分片旋转调偏流,以达到空间相机实时像移补偿的目的。最后,进行了偏流机构传动精度分析与测试,分析与测试结果均表明:所设计的偏流调整机构传动精度高,结构系统响应速度快,可满足相机敏捷成像侦查任务。
李友一[8]2002年在《空间相机中的偏流角控制》文中认为像移补偿技术是高分辨力空间相机的关键技术。由于偏流角的存在 ,使得像移速度在像面坐标系存在两个分量 :前向像移速度和横向像移速度 ,偏流角控制本质上是消除横向像移速度 ,因此 ,偏流角控制是空间相机像移补偿的一部分。不同类型的空间相机有不同的像移补偿措施 ,也就有不同的偏流角控制方法 ,本文对像移补偿方法中的偏流角控制及作用进行分析 ,并且介绍和分析了采用TDICCD器件的图像传输型空间相机的偏流角控制的方法
李伟雄, 徐抒岩, 闫得杰[9]2011年在《影响空间相机偏流角估值误差的参数》文中提出为了减小TDI CCD空间相机偏流角估值误差,利用齐次坐标转换法推导了偏流角计算的数学模型,运用蒙特卡罗法获取偏流角计算值的误差样本,并统计出偏流角估值误差。对4个误差参数取不同值时的偏流角估值误差进行了比较,分析其对偏流角估值误差的影响。统计及分析结果表明:姿态角速率测量精度从0.005(°)/s提高至0.001(°)/s后,偏流角估值误差减小61%;姿态角测量精度从0.15°提高至0.03°后,偏流角估值误差减小9%。地心距允许误差和轨道中心角允许误差的变化对偏流角估值误差无直接影响;将姿态角速率测量精度从0.005(°)/s至0.002(°)/s、姿态角测量精度从0.15°至0.06°与只将提姿态角速率测量精度从0.005(°)/s提高至0.001(°)/s相比较,偏流角估值误差的减小值仅相差0.166 912′,同时提高这两个精度是减小偏流角估值误差的最佳策略。分析过程与结果对空间相机设计有一定的参考价值。
武晓雯[10]2016年在《敏捷卫星姿态机动规划方法研究》文中研究指明敏捷卫星因其较强的姿态机动能力、高效的工作模式和广阔的应用前景受到越来越多研究学者的关注,是今后实现复杂观测任务的重要发展方向。敏捷卫星机动成像模式是一种复杂的工作模式,能够实现对于任意地表轨迹的连续成像,将会为能源领域、国土和国家安全、国防等方面提供更丰富的应用。敏捷机动成像技术对于机动过程与成像过程中的姿态控制有多种复杂要求,不同阶段包含有不同的约束条件,对姿态指向精度、姿态角速度精度有很高要求,需要设计适合敏捷机动成像的姿态规划方法以及控制策略,才能保证敏捷卫星沿特定推扫方式完成高精度成像任务。论文针对上述问题开展了相应的姿态机动规划方法研究,以发掘高精度的姿态机动规划方法,支持敏捷平台的优化设计。论文主要的研究工作如下:(1)根据敏捷卫星机动特性建立姿态运动学模型,姿态动力学模型以及轨道动力学模型。分析了敏捷对地观测过程,以多段折线型的条带成像任务为例,开展敏捷机动成像任务的姿态规划工作研究。(2)针对敏捷卫星姿态机动过程的运动特点和约束,对该过程的姿态规划问题进行了深入研究,设计满足多任务序列的姿态机动规划方法。以姿态/控制参数一体化规划为思路,在有限长的姿态调整时间、执行机构能力等约束下,规划出合理的角位置变化律;同时考虑机动角加速度(5)ω不为零导致的挠性振动,将规划轨迹作为敏捷控制系统的输入量,得到相应的优化控制参数。在目前规划姿态轨迹的研究基础上,将任务划分更为细致,考虑了初始与终止姿态角、姿态角速度不为零时的姿态约束,并对设计的规划方法进行了相关的数学仿真。仿真结果表明所提出的轨迹规划方法对挠性振动有一定的抑制效果,利用设计的姿态规划方法可以有效解决叁类实际轨迹规划应用问题。(3)针对敏捷卫星机动成像过程姿态运动要求,分析影响成像质量的约束条件,对条带目标的推扫成像姿态规划问题进行了深入研究。考虑机动成像需要敏捷卫星在姿态机动中完成成像任务,较传统成像卫星而言成像过程更为复杂,需同时满足观测时间、观测区域、摄影地速等约束,还需满足姿态精度要求。为保证敏捷成像精度,提出考虑偏流角的敏捷卫星匀地速推扫姿态规划方法。建立优化模型来求解每个条带的观测起始时刻,使得卫星在整个成像中的侧摆角平方累计和最小,同时求解过程考虑了敏捷机动推扫的偏流角影响,并基于地面推扫为匀地速的方式对姿态角、姿态角速度进行规划。实验证明,设计的成像过程姿态规划方法能够满足敏捷成像精度要求,解决了机动成像中偏流角补偿的问题。(4)针对优化目标为能量或时间最优、控制方式为开环控制、姿态精度往往达不到敏捷卫星精度要求等问题,详细描述基于伪谱法的最优规划,分析采用该方法的优势与特性,提出了分段姿态规划方案。以在较短时间内完成大角度的快速姿态机动以及在接近成像目标时快速进入稳定状态为思路,该方案综合考虑敏捷任务要求和卫星自身约束等因素,将整个姿态机动过程分为快速机动段和临近成像稳定段,利用伪谱法获得快速机动段的优化姿态轨迹,以恒定姿态角速度的方式规划临近成像稳定段的姿态轨迹,并采用分段闭环控制器对规划轨迹进行有效跟踪,其控制参数由智能遗传算法优化获得。仿真实验表明与单纯使用伪谱法进行规划相比,提出的分段姿态规划方法在姿态指向精度与姿态角速度误差方面结果更优。
参考文献：
[1]. 空间相机偏流角控制的研究[D]. 李友一. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所. 2001
[2]. 高分辨率空间相机敏捷成像的像移补偿方法研究[D]. 李伟雄. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）. 2012
[3]. 敏捷卫星相机异速像移计算与分析[D]. 谭双龙. 哈尔滨工业大学. 2014
[4]. 敏捷卫星相机像移补偿关键技术研究[D]. 李永昌. 中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所). 2016
[5]. 叁线阵CCD相机偏流角补偿研究[D]. 曹正礼. 哈尔滨工业大学. 2007
[6]. 星载TDICCD相机侧摆成像像移速度建模与分析[D]. 张媛. 哈尔滨工业大学. 2013
[7]. 新型空间相机偏流角调整方法[J]. 谷松, 徐振. 红外与激光工程. 2014
[8]. 空间相机中的偏流角控制[J]. 李友一. 光学精密工程. 2002
[9]. 影响空间相机偏流角估值误差的参数[J]. 李伟雄, 徐抒岩, 闫得杰. 红外与激光工程. 2011
[10]. 敏捷卫星姿态机动规划方法研究[D]. 武晓雯. 哈尔滨工程大学. 2016
标签：航空航天科学与工程论文; 相机论文; 空间分析论文; 误差分析论文;