一种摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法与流程

本发明属于卫星遥感，涉及一种摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法。

背景技术：

1、光学遥感卫星通常采用推扫或扫描成像形式，实现对地观测成像，其中，扫描成像包括摆镜摆扫、45°扫描镜和k镜协同扫描、整机圆周扫描等。摆镜摆扫是在望远系统前增加摆镜，使得穿轨方向成像视场增加，通常是在一定范围内，地面路径近似为“之字形”，环境减灾二号系列卫星红外相机采用该体制；45°扫描镜和k镜协同扫描可实现360°圆周范围内成像，即可以实现对地成像，也具备对冷空间成像能力，海洋一号系列卫星水色仪采用该体制。

2、宽视场、高分辨率、高信噪比是遥感应用的发展需求。针对大气、海洋等弱信号探测，上述成像模式能力存在一定的不足。摆扫成像中摆镜通过高速旋转机构和稳定扫描控制系统，实现对目标快速、连续的旋转扫描，获得扫描图像，缺点是无法同时实现高分辨率和宽视场探测。45°扫描镜和k镜协同扫描通过摆动物方45°反射镜，可以扩大成像幅宽，加入k镜实现消像旋系统，适用于大孔径、小瞬时视场光学系统中，对于穿轨大视场扫描，k镜体积、重量过大，大尺寸空心转轴长寿命不满足工程研制要求。整机圆周扫描成像是相机随平台转动机构整体扫描，可以实现360°圆周范围内成像，区别在于由于没有像旋，不需要在光路中增加用于消像旋的k镜成像系统，成像能力和效果上具有一定优势。整机圆周扫描成像的工作模式简单，同时，为满足高信噪比要求扫描周期尽量长，达到增加积分时间目的，但扫描周期增大，会导致圆周扫描的沿轨地面投影出现漏缝。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法，采用载荷整体旋转扫描和摆镜协同旋转扫描，实现成像积分时间补偿，用于大幅宽、高信噪比的目标探测和应用。

2、本发明解决技术的方案是：

3、一种摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法，包括：

4、在卫星上安装旋转平台；并在旋转平台上安装摆镜和相机载荷；

5、旋转平台沿顺时针方向匀速转动；相机载荷通过摆镜随着圆周扫描实现对地面景物的成像；成像区域为垂直与卫星飞行方向的矩形；

6、计算卫星飞行速度v地；

7、设定旋转平台一个旋转周期t扫内，成像区域的宽度为l沿；

8、根据卫星飞行速度v地和成像区域宽度l沿确定旋转周期t扫的取值范围；

9、计算旋转平台顺时针匀速转动的转速v2；

10、为实现成像积分时间补偿，摆镜相对于旋转平台的逆时针转动；

11、计算摆镜相对于旋转平台的逆时针转动速度v1；通过逆时针转动速度v1实现成像积分时间补偿。

12、在上述的一种摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法，旋转平台为轴向水平放置的圆板状结构；摆镜安装在旋转平台的侧壁中心位置；相机载荷安装在旋转平台相同的侧壁上；相机载荷的光轴沿旋转平台径向指向摆镜。

13、在上述的一种摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法，摆镜的法向与相机载荷光轴的夹角为40°-50°；通过摆镜的反射实现相机载荷成像。

14、在上述的一种摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法，卫星飞行速度v地的计算方法为：

15、

16、式中，r为地球平均半径；

17、μ为地心引力常数；

18、a为轨道半长轴。

19、在上述的一种摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法，旋转周期t扫的取值范围为：

20、t扫＜l沿/v地。

21、在上述的一种摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法，旋转平台顺时针匀速转动的转速v2为：

22、v2＝360°/t扫。

23、在上述的一种摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法，摆镜逆时针转动速度v1的计算方法为：

24、s1、计算相机载荷成像视场的有效转动速度v；

25、s2、根据有效转动速度v计算补偿后的积分时间t补；

26、s3、计算摆镜逆时针转动速度v1。

27、在上述的一种摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法，所述s1中，有效转动速度v的计算方法为：

28、v＝v2-2·v1。

29、在上述的一种摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法，所述s2中，补偿后的积分时间t补的计算方法为：

30、t补＝d/[(v2-2·v1)·(pi/180°)·h·1000]

31、式中，h为卫星轨道高度；

32、d为空间分辨率。

33、在上述的一种摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法，所述s3中，摆镜逆时针转动速度v1的计算方法为：

34、v1＝[v2-d/t补/(pi/180°)·h·1000]/2。

35、本发明与现有技术相比的有益效果是：

36、(1)本发明公开了一种载荷整机圆周扫描的摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法，整机圆周扫描可实现大幅宽、高分辨率、高信噪比遥感探测；

37、(2)本发明公开了一种载荷整机圆周扫描的摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法，摆镜作为载荷整机前望远镜系统的一部分，设计简单，同时可实现地速补偿功能；

38、(3)本发明公开了一种载荷整机圆周扫描的摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法，成像模式使用于对海洋、大气等低反射率、高信噪比遥感探测需求。

1.一种摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的一种摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法，其特征在于：旋转平台(1)为轴向水平放置的圆板状结构；摆镜(2)安装在旋转平台(1)的侧壁中心位置；相机载荷(3)安装在旋转平台(1)相同的侧壁上；相机载荷(3)的光轴沿旋转平台(1)径向指向摆镜(2)。

3.根据权利要求2所述的一种摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法，其特征在于：摆镜(2)的法向与相机载荷(3)光轴的夹角为40°-50°；通过摆镜(2)的反射实现相机载荷(3)成像。

4.根据权利要求1所述的一种摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法，其特征在于：卫星飞行速度v地的计算方法为：

5.根据权利要求1所述的一种摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法，其特征在于：旋转周期t扫的取值范围为：

6.根据权利要求1所述的一种摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法，其特征在于：旋转平台(1)顺时针匀速转动的转速v2为：

7.根据权利要求1所述的一种摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法，其特征在于：摆镜(2)逆时针转动速度v1的计算方法为：

8.根据权利要求7所述的一种摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法，其特征在于：所述s1中，有效转动速度v的计算方法为：

9.根据权利要求7所述的一种摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法，其特征在于：所述s2中，补偿后的积分时间t补的计算方法为：

10.根据权利要求7所述的一种摆镜协同旋转的成像积分时间补偿方法，其特征在于：所述s3中，摆镜(2)逆时针转动速度v1的计算方法为：