平台颤振对空间光学遥感器成像质量的影响
高分辨率相机对安装底板微振动幅值的要求分析
高分辨率相机对安装底板微振动幅值的要求分析刘涌;王巧霞;孙欣;高征【摘要】相机安装底板作为卫星和相机的接口,其微振动量级对卫星、相机都很重要.总体设计经常把相机视为刚体,忽略了相机弹性和扰振频谱的耦合,使得计算出现误差.文章将相机视为弹性体,利用有限元软件和CODEV建立了结构、光学模型,分析了安装底板1μm平动位移以及0.1″转动位移对相机像移的全谱段影响,并反推得到了相机对安装底板微振动的频域要求.结果显示,以像移不超过0.35个像元(像元大小7μm)为指标,某分辨率1m的相机的安装底板在敏感频率处的平动位移幅值不应超过0.01μm,角位移幅值不应超过0.003″,该分析可以为总体设计初期提供参考.%As the interface between satellite and camera, the micro-vibration amplitude of mounting flange is very important. At present, the micro-vibration requirement is put forward with the camera regarded as a rigid body, which ignores the coupling of inherent characteristic mode and micro-vibration spectrum, and then leads to the calculation error. In the article, the camera is regarded as an elastic body and the structural-optical model has been created by the finite element software and CODEVsoft ware. The influence on imaging quality of 1μm translation displacement and 0.1″ rotational displacement on mounting flange in whole frequency do-main is analyzed, and the frequency requirement of micro-vibration on mounting flange is acquired. The result shows that the pixel displacement indicator is no more than 0.35 pixel(size of 7μm), so for a 1m camera the amplitude of the translational displacement on mounting flange should be no more than 0.01μm and the rota-tional displacementshould be no more than 0.003″ at the sensitivity frequency. The analysis can provides ref-erence for overall preliminary design.【期刊名称】《航天返回与遥感》【年(卷),期】2017(038)002【总页数】7页(P27-33)【关键词】微振动;安装底板;位移要求;空间相机【作者】刘涌;王巧霞;孙欣;高征【作者单位】北京空间机电研究所,北京 100094;北京空间机电研究所,北京100094;北京空间机电研究所,北京 100094;北京空间机电研究所,北京 100094【正文语种】中文【中图分类】V19星上活动部件在正常工作时会产生微小的扰振力和扰振力矩，并经由安装底板传递到相机，最终影响成像品质[1-2]。
大气气溶胶光学厚度对天基光学遥感系统成像品质的影响
大气气溶胶特性对光学遥感系统成像质量 的影响 ， 可 以 用大气光学传递 函数进行研究 ，以分析 大气 气溶胶光学 特性 与大气气溶胶传递 函数 的关 系。本 工作拟 采用 ＭＩ Ｅ散射理 论， 分析大气气溶胶光学厚度影 响下 的大气 消光作 用 ， 建立 大气气溶 胶点 扩散 函数 （ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｐ ｒ ｅ ａ ｄ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ｐ Ｓ Ｆ ） 。评价 其对遥感 器成像过程的大气模糊 效应 ， 进而分 析大气气溶胶
道却少之又少 。
随着 国家对 空 间数 据 的强烈 需求及 航 天技 术 的飞速 发 展， 遥感数 据的应用领域不断拓宽 ，光学遥 感卫 星受到 了前 所未有 的发展机遇 。随之而来 ， 对 光学遥感 卫星 数据 的质量 也提 出了更高 的要 求 。过 去 以定性 为 主 的遥感 数 据应 用方
致 图像质量降低主要原因之一是气溶胶混浊介质 引起 的前 向光 散射 。 根据气 溶胶辐射 特性 ， 利用混 浊介质 辐射传 输方程 ， 推导 了包含气溶胶光学特性 的大气 点扩散函数模 型 。 根据此模型 ，定量 化分 析与评价其对光
学 遥感 器成像的大气模糊效应 。 研究发 现气 溶胶 介质除了对遥感器成像 过程 中大气透过率能量衰减影 响外 ， 更 重要 的是 由于散射对成像质量产生退 化作用 ， 大气 气溶胶 光学 厚度 的增加使 得气溶 胶散 射强度 的增 强 ，
收稿 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ５ — ２ ９ 。修订 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ７ — ２ ８
感 系统成像 时 ， 大气对遥感器成像图像的模糊效果 强烈依赖
基金项 目： 国家 自 然科 学基金项 目（ ４ １ １ ０ ５ ０ １ ７ ） 资助
卫星姿态指向抖动与SAR成像质量关系研究
r 2
0) ]
! Wr ( ∀ r0 )
( 7)
分别为距离向波束பைடு நூலகம்动的幅
度、 角频率和初始相位. 存在滚动角指向抖动的天 线增益为 W( t ) = Wa ( t ) ! W r [ ∀ r0 - ∀ rm sin ( #0 t + 0) ] . 成像处理后, 输出点目标响应 s o ( t ) 为 s o( t ) = s ( t ) - s #r ( t ) 其中 s #r( t ) = A r e A re
ym , pm 与 ym rm必须满足下式: R PSLR 4∃ ! 10 20 D a ! sin ∀ L
2
图 2 偏航与俯仰角指向抖动引起的成对 回波
& &
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4∃ ! 10 D a ! cos ∀ L 2∃ Gr D r Gr
%
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( 10) ! 10
R PSLR 20
rm
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Dr ∀ r0 ∃ Dr ∀ ∃ r0
2
! cos ∀ L+ cos !
2 p-
2
卫星姿态扰动包括两部分分量 , 即姿态指向 误差和姿态指向抖动 . 姿态指向误差是一段时间 内卫星姿态扰动的均值 . 姿态指向抖动是指由周 期性空间外扰力矩作用引起卫星姿态发生的周期 性变化[ 4] . SAR 卫星一般采 用三轴稳定的 姿态控制方 式. 卫星姿态控制系统对空间外扰力矩的高频分 量具有很强的抑制作用 , 而对低频分量的抑制作 用较弱. 假设空间外扰力矩为一个平稳随机过程, 则经过姿态控制系统滤波后, 最终输出的卫星姿 态角所包含的各次谐波分量中以低频分量为主.
卫星姿态指向抖动与sar成像质量关系研究北京航空航天大学电子工程系建立了卫星姿态指向抖动的数学模型基于成对回波畸变理论推导了存在姿态指向抖动时点目标扩展函数的解析表达式提出了卫星姿态指向抖动幅度与星载sar合成孔径雷达成像质量关系的定量分析方法为sar卫星总体分析与设计提供了理论依据
空间环境对光学成像遥感器尺寸稳定性的影响
４ ）动 力 干扰 源 的作 用 ： 当航 天 器 在 空 间 运 行 时 ， 个 子 系统 都 要 进 行 工 作 ， 些 航 天 器 子 系统 各 有 的 工作 会 形 成 空 问 动 力 干扰 源 。 由 于航 天 器 在 空
间处 于 自由 状 态 ， 时 航 天 器 对 干 扰 源 的 影 晌 非 此 常 敏感 ， 以非 常微 小 的激 融 ， 能 引起 航 天 器 的 所 便
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第 １卷 第１ ０ 期 ０ ０ ２年 ２ 月
文章编号
光学
精 密 工 程
Ｖｏ Ｏ Ｎ０ ｌ１
Ｆｂ Ｅ ２ｌ ） 】 ２ （
Ｏｐｔｃ ｎｄ ｅ ｉ ｉｎ Ｅｎｇｉｅ ｒ ｎ ｉｓ ａ Ｐｒ ｃ ｓｏ ｎ ｅ ｉｇ
随 机 载荷 冲击 载 荷 量 级 由 试 验 确 定 ， 按 冲 击 或 波 形加 载 或 按 冲 击 响 应 谱 加 载 ， 用 位 置 为 基 础 作 输 入 ， 用 方 向 与 光 轴 方 向垂 直 。加 速 度 载 荷 量 作
收 稿 日期 ：０ １０ —３ 修 订 日期 ： ０ １ ９２ ２ ０ ．３２ ； ２０ ． ８ ０
环 境 的 剧 烈 变 化 ． 会 相 应 地 产 生 结 构 的 低 频 振 还
动｛
境 ， 致 在成 像 过 程 中 光 学 系 统 视 轴 的 漂 移 、 动 导 抖
和 光 学元 件 发 生 而 形 变 化 ， 响 成 像 质 量 ， 低 分 影 降 辨 力 ：把 遥 感 器 光 学 系 统 在 空 间 环 境 作 用 下 相 对 位 置 的 变化 和 产 生 的 面 形 变 化 等 统 称 尺 寸 稳 定 性 的 变 化 。 围此 ， 该 对 空间 环 境下 成 像 遥 感器 光 学 应 系 统 的 尺 寸稳 定性 进 行 洋细 严谨 的 分 析 ， 便选 择 以 更 有效 的 分 析 方 法 ， 针 对 性 地 改 进 遥 感 器 的 设 有
采用光学成像法的航空稳定平台振动幅度检测
采用光学成像法的航空稳定平台振动幅度检测 王书民;张爱武;胡少兴;孟宪刚;段乙好;孙卫东 【摘 要】针对专用航空稳定平台振动检测设备成本高、难以在高光谱成像系统平台上集成应用等问题,提出了采用光学成像法的平台振动检测方法.将面阵CCD传感器与线阵高光谱传感器呈刚性紧密安装在航空稳定平台上进行影像数据的获取,并对获取的影像序列进行简化SIFT特征提取和分层金字塔实施的光流特征跟踪.考虑到振动对光谱成像等的影响,将振动分解在沿飞行方向和垂直于飞行方向2个方向上,并根据帧间相对运动模型解算出相对运动向量,然后由单次简谐振动造成的帧间特征不匹配,推导振动过程中振幅解算模型,并根据帧间运动矢量进行振幅的解算.实验结果表明,基于光学成像法进行振动检测可以达到微米级精度,满足系统集成应用需求,且其成本仅为多普勒振动测量方法的十几分之一.
【期刊名称】《西安交通大学学报》 【年(卷),期】2014(048)006 【总页数】6页(P25-30) 【关键词】光学成像法;航空稳定平台;振动幅度;检测;高光谱成像 【作 者】王书民;张爱武;胡少兴;孟宪刚;段乙好;孙卫东 【作者单位】首都师范大学三维信息获取与应用教育部重点实验室,100048,北京;中国地震局地震预测研究所,100036,北京;首都师范大学三维信息获取与应用教育部重点实验室,100048,北京;北京航空航天大学机械及自动化学院,100083,北京;首都师范大学三维信息获取与应用教育部重点实验室,100048,北京;首都师范大学三维信息获取与应用教育部重点实验室,100048,北京;清华大学电子工程系,100084,北京
【正文语种】中 文 【中图分类】TP732 航空稳定平台振动幅度的检测结果可以给机载高光谱影像直接地理定位误差的定性与定量分析[1]、光谱混叠研究[2-3]等提供重要依据。常见的平台振动检测方法有干涉计量法[4]以及虚拟仪器技术法[5]等,这些方法虽然测量精度高,但是需要专用的振动检测设备,成本高,不易与整个艇载平台系统进行集成应用,因此基于光学成像进行振动检测的方法已受到国内外学者的关注。关柏青通过分析不同形式运动造成的模糊图像,进行运动估计和振动测量[6];史红健等采用高速摄像机获取振动影像,并对影像进行时空域分析实现振动平台的测量[7];Li Qian等采用光学成像的方法先对图像进行傅里叶变化,并根据图像在频率域相位的变化,进行振动幅度的测量[8]。然而,上述方法均是通过非接触方式实现传感器对静止振动平台振动幅度的估计,不能完成对在轨运动平台振动幅度的实时测量。文献[9-10]采用小面阵CCD传感器结合SIFT特征与RANSAC算法,进行了卫星在轨颤动检测的可行性研究,解算出在轨卫星平台振动的幅度,但是SIFT特征检测与匹配耗时较长,不能进行振动幅度的实时估算与输出等。针对上述问题,本文采用光学成像法(Optical Imaging Method,OIM)进行振动幅度估计,如图1所示,先对序列影像进行简化SIFT特征提取与光流特征跟踪,计算帧间相对运动量,然后根据振幅计算模型进行振幅估算,实现振动幅度的实时计算与输出,最后将光学成像法与多普勒测量方法(Doppler Measurements Method,DMM)进行比较。实验结果表明,光学成像法的测量精度可满足系统要求,为艇载设备的集成、系统的减振性能设计以及影像数据的处理提供重要参考。 1.1 SSIFT特征提取 Lowe提出尺度不变特征匹配(Scale Invariant Feature Transform,SIFT)[11],被广泛应用于图像特征提取与匹配。然而,SIFT特征提取耗时间长,实时性较差,难以实现特征的实时提取与匹配,因此本文对SIFT特征进行简化处理[12],在保证其鲁棒性的前提下,进一步提高特征提取的效率。 由于SIFT特征提取算法中特征描述子的生成占用整个算法80%以上时间开销,影像空间极值检测完毕后,对SIFT特征提取算法做如下简化: (1)以极值点中心采用圆形窗体来确定统计的邻域范围,窗口采用David Lowe推荐的9σ×9σ(σ为尺度坐标),圆形窗口直径为9σ,在窗体内统计12个梯度方向; (2)为保证光照不变性,将12个方向的梯度进行归一化,假设E=(e1,e2,…,e12)是特征点的特征向量,归一化后得到 (3)搜索最大的梯度方向向量,如果最大元素位位于12维向量的头部,即向量最终形成的位置,则特征向量为否则执行步骤(4); (4)向左循环移动整个向量序列,直到最大的梯度方向计量移动到向量的第一个元素,以保证旋转不变性。假设为向量的最大元素,则最终的特征向量为 1.2 光流特征跟踪与匹配 基于梯度光流的角点跟踪方法实时性强,而且跟踪精度较高,如LK(Lucas-Kanade)算法[13]。假定t时刻图像上点x(x,y)处的灰度值为I(x,y,t),在t+Δt时刻,点x(x,y)运动到新位置(x+Δx,y+Δy),同时假定以x为中心的较小窗口w,在经过图像空间变换后t+Δt时刻x灰度值保持不变,即 I(x,t)=I(δ(x),t+Δt) 式中:δ(x)表示图像空间变换。当给定影像序列中的相邻两帧图像和某个窗口w后,确定影像空间变换参数即完成跟踪。但是,该算法过多地依赖特征窗口w的大小、物体的运动速度及图像目标的纹理等信息,当窗口w较小时,对于图像运动变换较大的情况,其空间变换参数估计精度有限;当窗口过大时,与假设情况不符。 通过构建影像金字塔实现角点梯度光流估计进行特征角点的亚像素跟踪[14-15],可有效解算上述跟踪问题。其基本思想是构建影像序列的金字塔,原始影像位于金字塔的底层,通过对原始影像进行下采样操作来产生金字塔中较高层影像,当影像分层到一定数量后,相邻帧间运动估计量变得足够小,即满足光流计算的约束条件。 由于在特征提取与跟踪的过程中会不可避免地引入错误目标,即跟踪错误,例如运动的汽车等,因此必须进行不稳定特征的剔除。经典的SIFT的特征匹配采用RANSAC算法进行特征匹配,通常需要进行多次迭代,时间开销大,计算复杂度高,难以满足实时性要求。 本文采用高斯概率模型进行不稳定角点剔除。假定当前帧和参考帧对应角点运动距离为Di(i=1,2,…,n),n为角点特征个数,在理想条件下,所有角点运动距离近似相等,其距离统计分布应满足高斯正态分布模型。设角点运动距离均值为μ、方差为σ,按照正态分布规律,样本落在区间[μ-σ,μ+σ]、[μ-2σ,μ+2σ]及[μ-3σ,μ+3σ]的概率分别是68.3%、95.5%及99.7%。通过设定信任区间可以剔除跟踪的错误目标和不稳定的角点。 1.3 SSIFT特征提取与跟踪算法实施流程与步骤 本文采用简化SSIFT特征提取与跟踪,即先进行特征角点提取再进行跟踪的方法,当跟踪特征数量小于设定阈值时,放弃跟踪,重新提取特征角点。方法的具体步骤如下: (1)输入影像,并对影像进行SSIFT特征检测,依次进行特征极值确定和描述符生成; (2)采用金字塔分层实施的Lucas-Kanade算法,进行特征跟踪,其层数设定为3,并指定其特征搜索窗口w大小; (3)计算相邻两张影像之间对应特征点之间的距离Di=[(xi-)2+(yi-)2]1/2; (4)统计所有对应特征点之间的距离Di,并求其分布均值μ和方差σ; (5)设定信任区间A=[μ-σ,μ+σ],对于不满足Di∈[μ-σ,μ+σ]的对应特征点,直接剔除,否则予以保留,继续下一帧特征的跟踪,跳转步骤(3); (6)判断当前跟踪保留的特征点数量N是否大于设定阈值,如果是继续跟踪,否则跟踪结束,跳转步骤(2)。 飞艇在飞行过程中受到气流颠簸、动力系统高频振动等影响,使得相邻帧间存在平移、缩放、旋转等运动,构建相邻影像帧间运动模型是帧间相对运动估计的前提条件,本文采用影像刚体变换模型,同时鉴于振动对光谱成像的影响,将振动分解在x与y两个方向上,即 式中:(xn,yn)为第n张影像像素坐标;(xn-1,yn-1)为第n-1张影像像素坐标;θ为相邻影像之间的旋转角度;dx、dy为平移量;γ为缩放因子。为方便计算,将式(3)进一步简化为 式中:a、b表示旋转参数;c、d表示水平与竖直方向的平移量。 对于相邻帧间运动参数实际解算,通常是通过匹配的m(m>3)对SSIFT特征点,构建2m个超正定方程,通过最小二乘可以求取运动补偿参数矩阵[a b c d]T,即 综上,用于振动检测的影像序列数据应满足以下要求: (1)根据相机的严格检校参数进行影像透视畸变校正,同时保证对象传感器与目标对象的距离大于等于10倍焦距,进一步减少弱透视的影响; (2)根据POS位置姿态信息将所获得的影响数据投影在同一个指定的摄影平面上,或是保持相机传感器能够严格地垂直指向地面; (3)用于振动检测的序列图像获取传感器的曝光时间Δt愈小愈好,即理想状态下limΔt→0,在一个振动周期内的某一瞬时时刻点获取图像数据。 基于上述条件,理论上,某时刻曝光位置C到D所获取的相邻影像数据,根据其运动方程进行平移、旋转等变换后能够很好地匹配,但由于振动的存在,会造成同一地物在相邻两张影像的对应特征不能很好地匹配。由振动造成的特征错位如图2所示。 为简化推导,假定平台一次振动过程为简谐振动,设艇载平台的振动幅度为A,第1次曝光时刻为t0,经过时间Δt,第2次曝光时刻为t0+Δt,由平台振动引起的像点运动为d;当t0与t0+Δt介于振动峰值两侧时,由于特征运动大小不能完全确定,因此采用平均法计算特征运动距离如下 式中:d为特征平均像移量;d′表示t0+Δt时刻的特征像移量;d″表示t0时刻的特征像移量。传感器曝光位于振幅两侧时,平台振动振幅估算如图3所示,则振动幅度计算如下 A=2d/[sin(2πt0/T)+sin(2π(t0+Δt)/T)] 当t0与t0+Δt落在振幅A所处相位的一侧时,特征运动大小计算如下 当传感器曝光位于振幅同侧时,平台振动振幅的估算如图4所示,则平台振动幅度计算如下 A=d/|[sin(2πt0/T)+sin(2π(t0+Δt)/T)]| 对于周期振动x(t)是多个简谐振动的合成,满足Dirichlet条件,极值个数有限,则x(t)可展开为傅里叶级数 x(t)=a0+(ancosnω0t+bnsinnω0t)= φn) 式中:An=(+)1/2为振幅;T为周期;a0为均值;an为余弦分量;bn为正弦分量;ω0为基频;φn为初相位。同样,可以通过前述简谐分析的方法计算合成后的振幅An;瞬态振动可以作为阻尼状态下的简谐振动,因此采用高速摄像的方式获取振动影像,该方式对于瞬态响应的测量是非常适合的[9],最后通过前述分析方法求解振动幅度。 实验采用基于高空飞艇平台获取的影像序列数据,平台上主要搭载了线推扫式高光谱成像系统以及用于平台振动检测的影像序列获取传感器,在进行影像获取之前进行了传感器的严格检校,线阵传感器与面阵传感器呈刚性紧密安装在稳定平台上,传感器与动力系统安装示例如图5所示。实验采用佳能5d markⅡ作为振动检测的图像获取传感器,相机焦距为28 mm,获取的影像序列分辨率为640×480像素,单
空间相机隔振系统的优化方法
空间相机隔振系统的优化方法空间相机隔振系统的优化方法摘要：空间相机在拍摄过程中必须要保持稳定。
隔振系统可以有效地减少机体震动和其他干扰对相机造成的影响，但是目前的隔振系统仍有一些缺陷，需要通过优化方法来提升其性能。
本文就空间相机隔振系统的优化方法进行探讨，并提出了一些具体方法来改进隔振系统，以提升空间相机的拍摄效果。
关键词：空间相机、隔振系统、优化方法一、引言空间相机是一种在空间中用于拍摄天体的设备。
由于无法通过外部保护来避免空间中的震动，因此需要设备自身具备一定的隔振能力，以保证拍摄质量。
隔振系统是空间相机的核心组成部分之一，其是影响空间相机拍摄质量的关键因素，因此如何优化隔振系统是研究的重点之一。
二、现有隔振系统的缺陷目前，已经存在一定的隔振系统，例如液体静压法隔振、压电隔振等，但是还存在一些缺陷。
1、效果不够理想：目前已有的隔振系统在抑制机体震动和其他干扰方面的效果还有提升的余地。
2、结构复杂：有些隔振系统的结构比较复杂，且需要占用较多的空间，这在空间相机中显得很不合适。
3、成本高：一些隔振系统的制造成本较高，影响了设备的性价比。
在此基础上，如何提高隔振系统的隔振效果、简化结构、降低成本，成为了目前隔振系统的优化方向。
三、隔振系统的优化方法1、降噪技术：空间相机在发射、运行和拍摄过程中，都会遭受到各种噪声的干扰，这些噪声会对图像的质量产生负面影响。
所以，降低噪声干扰是隔振系统优化的一种有效方式。
可以在构造隔振系统时精心选择材料、优化结构，减少共振点等。
2、智能控制技术：隔振系统能否减少机体震动的影响是其优劣的关键，现阶段通过智能控制技术可以对隔振系统进行更加细致的控制，从而使其能够更好地减少机体震动的影响，提高相机的拍摄效果。
可以通过加装加速度计、陀螺仪等传感器和控制电路实现。
3、使用优质材料：在隔振系统的材料选择方面，应优先选择质量高、稳定性好的材料，例如韧性强、弹性高的合金。
低密度、高强度的碳纤维复合材料是比较好的选择。
平台姿态误差对TDICCD相机成像几何质量影响
平台姿态误差对TDICCD相机成像几何质量影响*巫兆聪1，杨帆1，巫远1，朱军2，韩杏子2（1.武汉大学遥感信息工程学院，湖北武汉430079；2.航天东方红卫星有限公司，北京100094）摘要：研究卫星平台姿态误差对TDICCD相机成像几何质量影响有助于提出姿态指标设计要求以提高相机几何成像质量，以像点位移为中间参量，研究了平台姿态误差和成像几何质量指标之间的定量关系。
基于平台姿态误差引起的像移速度、偏流角和积分时间等成像参数误差分析，结合严密几何成像模型推导了像点位移的误差模型，建立了从像点位移量到相邻像元间角度畸变、长度畸变、像元分辨率和定位误差等几何质量指标的定量模型，构建了从平台姿态误差到相机成像几何质量指标的完整定量分析链路。
仿真实验结果表明偏航角姿态误差是影响成像几何质量的主要因素。
关键词：平台姿态误差；像移；成像几何质量中图分类号：P237 文献标识码：A文章编号：The Impact of Satellite Platform Attitudes’ Error on the ImagingGeometric Quality of TDICCDWU Zhaocong, Y ANG Fan, WU Y uan, ZHU Jun, HAN Xingzi（1.School of Remote Sensing and Information Engineering,Wuhan University,Wuhan 430079,China; 2.Dong Fang Hong Satellite Co.Itd.BeiJing 100094,China）Abstract: The research of influence on TDICCD camera’s imaging geometric quality can contribute to improving quality by advancing the design requirements of the platform. This paper studied the quantitative relation of the platform attitude error and the imaging geometric quality based on the image point displacement. The model of imaging parameters' error caused by attitude error was built, including the error of image motion velocity, the drift angle correction and integral time. Then the paper deduced relation between imaging parameters' error and image motion combined with the strict geometric imaging model. The quantitative model of the geometric quality indexes under the influence of image motion was established, including angle distortion, length distortion, pixel resolution and positioning accuracy. The perfectly quantitative chain from attitude error to geometric quality indexes was created. The paper conducted simulation experiment and the results indicate the main influencing factor of geometric quality is the error of yaw angle.Key Words: Platform At titudes’ Error; Image Motion; Geometric Quality of Imaging*收稿日期：基金项目：CAST2000平台成像质量适应性改进设计与验证项目作者简介：巫兆聪（1968－），男，福建连城人，教授，博士，博士生导师，E-mail：zcwoo@随着航天事业的迅速发展，各遥感应用领域对影像质量要求越来越高。
基于虚拟控制点的卫星平台颤振探测方法研究
基于虚拟控制点的卫星平台颤振探测方法研究张晗;叶真;刘世杰;童小华;郑守住【期刊名称】《兰州交通大学学报》【年(卷),期】2018(037)006【摘要】卫星平台颤振是高分辨率卫星在轨运行普遍存在的复杂现象, 是影响其几何定位和测图精度的关键因素之一, 针对此问题提出了基于虚拟控制点的卫星姿态颤振探测方法.首先, 基于大量虚拟控制点生成有理函数模型, 然后利用该模型将虚拟控制点反投影至影像像方, 计算反投影像点和虚拟像点的像方残差, 从而计算得到卫星姿态的变化.利用资源三号卫星线阵影像进行实验, 该方法能够成功探测出其存在0.65 Hz姿态颤振现象, 并与卫星姿态数据变化相一致, 验证了方法的可行性和正确性.根据姿态颤振探测结果, 采用正弦函数和样条函数补偿严格成像模型和有理函数模型因颤振引起的非线性误差, 通过颤振补偿, 颤振补偿后的下视传感器相对定位精度为0.9像素, 绝对定位精度在平面上提升1.4 m, 高程提升2m.%Satellite platform vibration is a complex phenomenon of high resolution satellite, which is one of the key factors that affect its geometric positioning and mapping accuracy.To solve the above problems, a satellite attitude jitter detection method based on dense virtual control points is proposed.Firstly, a rational function model based on a large number of virtual control points is generated, then the virtual control points are back-projected to the image so the satellite attitude changes can be analyzed from the residual of the back-projection between image points and virtual image points.By using the linear array image of ZY-3 satellite, the jitterwith 0.65Hz can be detected and analyzed, which is consistent with the change of satellite attitude data.According to the above detection results of attitude jitter, the nonlinear error caused by attitude jitter in strict sensor model and rational function model can be compensated by spline function and sinusoidal function respectively.And the relative positioning precision of the nadir sensor after compensation is 0.9 pixels, the absolute positioning precision is increased by 1.4 meters on the plane and the elevation is increased by 2 meters.【总页数】6页(P143-148)【作者】张晗;叶真;刘世杰;童小华;郑守住【作者单位】同济大学测绘与地理信息学院, 上海 20092;同济大学测绘与地理信息学院, 上海 20092;同济大学测绘与地理信息学院, 上海 20092;同济大学测绘与地理信息学院, 上海 20092;同济大学测绘与地理信息学院, 上海 20092【正文语种】中文【中图分类】P237【相关文献】1.基于虚拟仪器的飞行试验颤振数据处理通用软件设计 [J], 张芹芹;周爱贤;关爱锐2.基于高频角位移数据的卫星平台颤振检测与影像几何质量补偿 [J], 胡堃;黄旭;张永军;尤红建3.基于圆周割线改进型粒子群优化算法的叶片临界颤振辨识方法研究 [J], 李迺璐;尹佳敏;杨华;朱卫军4.基于五轴球头铣削加工刀具朝向的抑制颤振方法研究 [J], 刘翔;景璐璐5.基于虚拟质量的飞机颤振快速分析方法 [J], 王斐;冉玉国;李秋彦因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
振动对航空相机成像质量影响的分析
第31卷 第4期2001年8月激 光 与 红 外LA SER&I N FRA R EDV o l.31,N o.4A ugust,2001・光学技术・ 文章编号:100125078(2001)0420240203振动对航空相机成像质量影响的分析赵 鹏(北京信息技术研究所,北京100088)摘 要:文章分析了振动因素对航空相机成像质量的影响,建立了光学影像降低与振动的关系式,并结合工程实际进行了量化分析,提出了进行减震设计的基本思路。
关键词:振动;航空相机;成像质量中图分类号:TB853.1+9 文献标识码:AThe V ibration Analysis of Optical I n stru m en t i n Fly i ng PlatformZHAO Peng(Beijing Institute of Info r m ati on T cchno logy,Beijing100088,Ch ina)Abstract:T he vibrati on characteristics of op tical instrum ent in flying p latfo r m is discussed,the vibrati on infec2 ti on of the op tical reso luti on is analyses,and the equati on of the movem ent infecti on on i m age is established.M eanw h ile,a p ractical rule of mount damper design of th is k ind of instrum ents is given as a conclusi on.Key words:vibrati on;op tical instrum ent;i m age quality.1 引 言航空相机是装载在航空飞行器上以拍摄地表景物来获取地面或大气层信息的光学仪器。
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遥感器成像质量影响很大， 应在设计 中加 以考虑。 关键词 ： 空间光学遥感器 ； 颤振 ； ； 像移 像质
中 图分 类 号 ： ４ １８ Ｖ １ ． 文 献标 识 码 ： Ａ
Ｉｆ ｅ ｃ ｆ ａｅｌｅＪｔ ｒｏ ｍａ ｉｇＱｕ ｌｙ ｎ ｕ ｎ ｅｏ ｔｌｔ ｉ ｅ ｎＩ ｇｎ ａｉ ｌ Ｓ ｉ ｔ ｔ
ｓ ｏ ｌ ｅ ｃ ｎ ｉ ｅｅ ｎ ｄ ｓｇ ｉ ｇ ｓ ａ ｅ ｂ ｒ ｅ ｔ ｙ ｔｍｓ ｈ ｕｄ ｂ ｏ ｓ ｒ ｄ ｉ ｅ ｉｎ ｎ ｐ ｃ — ｏ ｎ ｒ ｍｏｅ ｓ ｓｅ ． ｄ
ＫＥＹＷ ＯＲＤＳ： ｐ ｃ － ｏ ｅ ｔ ｅ ｓ ｒ ｉ ｅ ；Ｉ ｇ ｔ ｎ ｍａ ｉ ｇ ｑ ａｉ Ｓ ａ ｅ ｂ ｒ ｒ ｍｏｅ ｓ ｎ ｏ ；Ｊｔ ｒ ｍａ ｅ ｍｏｉ ；Ｉ ｇ ｎ ｕ ｌ ｙ ｎ ｔ ｏ ｔ
在成像 过程 中发 生像 移 。 图像模 糊 ． 使 影响 成像质 量［ 。随 ２ ］
着遥感 器对 地分辨率的提高 ， 仅靠地面对 图像 的后期处 理已
本文以数值方法讨论 了颤振对光 学遥感器成像 的影 响 ，
以低频正 弦振 动为例推导 了颤振 引起 的像 移模型 ． 并给 出了 颤振对调制传递 函数 Ｍ Ｆ的影响公式 。通 过对实例 的仿真 Ｔ 计算 分析 ， 表明颤振 对空 间光学遥 感器成 像质 量影 响很 大 ， 应在设计 中加 以考虑 。
摘 要： 空间光学遥感器在轨工作期 间， 会受到平台振动源的影 响， 从而对成像质量产生影响。振动源使遥感器在积 分时间内 产生颤振 ， 导致在成像过程 中发生像移 ， 使图像模糊。讨论 了颤振 对光学遥感器成像 的影响。以低频正 弦振 动为例通过 数 值方法推导 了颤振引起像移的数学模 型， 并给出 了颤振对调制传递 函数 ＭＴ Ｆ的影响公式 。仿真结果表 明， 颤振对 空间光学
经很难 满足要求 ． 需要引入在轨工作 的稳定成像 系统来 实时
地对颤振引起 的成像 质量 影响进行校 正ｌ 。因此 ， ３ ］ 要研究 遥
感 器平 台 颤 振对 成像 质量 的影 响 ， 遥 感 器 平 台 和 稳 像 系 统 为
的设计 提供依据 ． 更好的完成在轨成像任务。
国 内外对 于卫星颤 振及其对 遥感器 成像影 响研究 比较
ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒ ｉｃ ｓ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ．Ａｎ ｈ ｔｏ ｆｎ ｍｅ ｉａ ａｃ ｌｔ ｎ ｏ ｍａ ｅ ｍｏｉ ｎ ａ ｄ ｍｏ ｕ ａｉｎ ｔ ｎ ｆｒ ｆ ｎ ｔ ｎ ｄ ｔ ｅ ｍｅｈ ｄ ｏ ｕ ｒ ｌｃ ｌｕ ａｉ ｎ ｉ ｇ ｔ ｎ ｄ ｌ ｔ ｒ ｓｅ ｕ ｃｉ ｃ ｏ ｏ ｏ ａ ｏ
动力 学模 型 ， 给 出 了遥感 卫星 主要 扰 动源 的扰 动力 矩模 并 型 ］ 。北京空 间机 电研究 所徐鹏 等人 重点分 析 了不 同振 动
模 型对星上推扫型相机 成像质 量的影 响 ］ 。西安光 机所 陈
丁跃等人研究振动 对 Ｔ Ｉ Ｃ ＤＣ Ｄ的影 响 ． 重讨论 了可 行的抑 侧 制振 动的方法 ｌ 。 ８ ］
（ Ｆ ａｓｄｂ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｈ ｉ ｕａｏ ＨＷ ｈｔ ｉｅ ａ ａｇ ａ ｉ ｐｃ ｏ ｇ ｇｑ ａｉ ， ｈｃ ＭＴ ）ｃｕｅ ｙｊｔ ｓｇ ｅ ．Ｔ ｅｓ ｌ ｉ ＳＯ Ｓｔａ ｊｔ ｈｓ ｒ ｔ ｍ ａｔ ｎ ｉ ｉ ｕｌｙ ｗ ｉ ｉｅ ｗ ｖ ｍ ｔｎ ｔｒ ｅ ｍａ ｎ ｔ ｈ
ｑ ａ ｔ，ｓｃ ｓ ｍａ ｅ ｔ ｎａ ｄｂｕ．Ｉ ｉ ｎ ｅ ｅ ｅｅ ｒ ｅｉｆ ｅ ｃ ｆ ｉｅ ａ ｉｇｑ ａ ｔ， ｈ ｈｗ ｓ ｕ ｌｙ ｕ ｈ ａ ｉ ｇ ｉ ｎ ｌｒ ｔ ｓ ｅ ｄ ｄ ｔ ｒ ａｃ ｔ ｌ ｎ ｅｏ ｔ ｒ ｎ ｉ ｇ ｕ ｌｙ ｗ ｉ ａ ｉ ｍｏ ｏ ｏ ｓ ｈ ｈ ｎｕ ｊｔ ｏ ｍ ｎ ｉ ｃ
多。Ｏ ｅ Ｈ ｄｒ ｆ ａｏ 等人研究振 动对一 般成像 系统 的影响 ， ｒ 使用 调 制传 递函数（ Ｔ ） 为像质 评价判 据 ＿ 。美 国宇航局 戈 Ｍ Ｆ作 ４ ］ 达德航 天中心在 Ｌｎ ｓｔ４上在 轨测量卫 星平 台振动 ． ａ ｄａ一 测量
１ 引 言
空间光学遥感器在轨工作期 间 ． 会受 到平 台振动源 的影 响． 从而对成像质量产生影响。卫星平 台的振 动源 主要包 括 姿态调 整动量 轮 、 调姿 推 力器 、 阳 帆板调 整 、 机扫 描 机 太 相 构 ＿等 。这些振动源使遥感器在积分时问 内产 生颤振 ， １ ］ 导致
ｏ ｐ ｃ － ｏ ｎ Ｒｅ ｔ ｅ ｓｎ ｙ ｔｍ ｓ ｆＳ ａ ｅ ｂ ｒ ｍｏ ｅ Ｓ ｎ ｉ ｇ Ｓ ｓｅ
Ｌ ａ － ａ ｇ ＬＵ Ｚ ａ —ｕ ， ｅ ｇ ｍ ｉ ＩＨ ｏ ｙｎ ， Ｉ ｈ ｏ ｊｎ ＸＵ Ｐ ｎ － ｅ
（ ｅｉｇＩｓｔｔ ｏ Ｓ ａｅＭｅｈｎｃ Ｂ ｉｎ ｔｕｅ ｆ ｐ ｃ ｃ ａｉ ｊ ｎｉ ｓ＆ Ｅｅｔｃｔ，Ｂ ｉｎ ０ ０ ６ Ｃ ｉ ） ｌｃ ｉ ｉ ｒ ｙ ｅ ｉ １０７ ， ｈｎ ｊｇ ａ Ａ Ｓ Ｒ ＣＴ：ａｅｉ ｓｊｔｒＯＣＲ ｄ ｒ ｇｔｅｒｎ ｉ ｆｓａｅ ｂｒ ｅ ｏ ｅｓ ｇｓｓ ｍ ，ａ ｅｔ ｇｉ ｇｎ ＢＴ Ａ Ｓｔ ｌｅ ｉｅ ＣＵＳ ｕ ｎ ｈ ｕ ｎｎ ｏ ｐ ｃ — ｏｎ ｒｍ ｔ ｓｎｉ ｙｔ ｓ ｆ ｃｎ ｍａｉｇ ｌｔ ｔ ｉ ｇ ｅ ｎ ｅ ｆ ｉ
第２卷 第１ ９ 期
文章编号 ：０ ６ ９ ４ （０ ２ ０ — ０ ５ ０ １０ — ３ ８ ２ １ ） １ ０ ２ — ３
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颤 振 对 空 间光 学 遥 感 器 成 像 质 量 的 影 响
李浩 洋 ， 兆军 ， 彭梅 刘 徐
（ 京空 间机 电研 究 所 ， 京 １０ ７ ） 北 北 ００ ６