基于旋转的大幅宽光学成像系统的制作方法

本发明涉及光学遥感成像技术领域，特别涉及基于旋转的大幅宽光学成像系统。

背景技术：

光学遥感卫星的发展趋势是大幅宽、高分辨率。现有卫星成像系统通过成像相机摆动实现拍摄幅宽，所以现有卫星成像系统的分辨率和幅宽是两个很难兼顾的指标，高分辨率大幅宽成像要求大口径大视场相机与超大规模探测器配合，极大的增加了载荷设计难度，不利于卫星的成本控制与轻小型化。本发明提出方案的主要优势是避免了使用超大规模探测器，并降低了大视场相机的设计难度。

技术实现要素：

本发明解决的问题是现有卫星成像系统很难兼顾分辨率和幅宽两个指标，为解决所述问题，本发明提供基于旋转的大幅宽光学成像系统。

本发明提供的基于旋转的大幅宽光学成像系统包括：卫星、成像相机，所述成像相机视轴与卫星对地轴夹角大于0°，成像过程中相机绕卫星对地轴旋转。

进一步，还包括旋转机构，所述旋转机构一端与卫星连接，另外一端与成像相机连接；成像过程中，旋转机构与成像相机相对固定，旋转机构绕卫星对地轴转动。

进一步，成像相机固定于卫星，成像过程中卫星与成像相机相对固定，卫星绕卫星对地轴旋转。

进一步，采用单个成像相机，成像相机视轴相对于卫星对地轴的倾斜角度为：成像相机绕卫星对地轴旋转速度不小于单位为rad/s，成像相机的帧频为a为单个成像相机对星下点一次成像的幅面沿穿轨方向长度，b为单个相机对星下点一次成像的幅面沿轨方向长度,r为地球半径，h为卫星轨道高度，v为卫星的飞行速度,l为要求的成像幅宽。

进一步，所述成像相机为面阵相机。

进一步，所述成像相机包括相对于卫星对地轴对称步骤的第一成像相机和第二成像相机，所述第一成像相机和第二成像相机相对于卫星对地轴的夹角均为：成像相机绕卫星对地轴旋转速度不小于单位为rad/s，成像相机的帧频为a为单个成像相机对星下点一次成像的幅面沿穿轨方向长度，b为单个相机对星下点一次成像的幅面沿轨方向长度,r为地球半径，h为卫星轨道高度，v为卫星的飞行速度,l为要求的成像幅宽。

本发明的优点包括：

本发明提供的方案在卫星运动过程中，成像相机绕卫星对地轴旋转并拍摄，形成环形拍摄带，调整卫星运动的线速度和成像相机旋转速度之间的关系，可以满足卫星运动过程中覆盖的区域全拍摄，从而兼顾幅宽与分辨率，并且对成像相机无特别要求。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的基于旋转的大幅宽光学成像系统的相机安装偏转示意图；

图2是本发明第二实施例提供的基于旋转的大幅宽光学成像系统的结构示意图。

具体实施例方式

下文中，结合附图和实施例对本发明的精神和实质作进一步阐述。

本发明实施例提供的基于旋转的大幅宽光学成像系统包括：卫星、成像相机，所述成像相机视轴与卫星对地轴夹角大于0°，成像过程中相机绕卫星对地轴旋转。所述成像相机可以直接连接于卫星平台，卫星在行进中同时绕卫星对地轴旋转，带动相机绕卫星对地轴旋转；也可以是卫星与成像相机之间安装有旋转装置。

卫星在轨运行时，成像相机开机对地成像，过程中旋转机构360度旋转，成像相机对地拍摄得到圆环形区域。通过卫星前向飞行，相机成像的新圆环形成像区域与之前成像得到的圆环形区域有一定的重叠，以保证对成像区域内的无缝覆盖。申请人通过限定卫星行进中线速度和成像相机的安装参数以及旋转参数，实现卫星行进过程中，成像相机对所述环形拍摄带直径所限定的区域拍摄；从而提高拍摄幅宽，并且对相机口径无额外要求，即兼顾了幅宽和分辨率。

第一实施例

如图1所示，本实施例中，采用一个成像相机，成像相机直接连接于卫星平台，卫星平台连接帆板。单个相机对星下点一次成像的幅面大小为a×b(穿轨方向长度×沿轨方向长度),地球半径为r，卫星轨道高度为h，卫星的飞行速度为v,为了实现幅宽为l的大幅宽观测需求，需要将相机视轴与卫星对地轴的倾斜角度为：

为了保证成像覆盖区域无遗漏，要求成像相机旋转一圈，卫星的前进距离不能大于b，因为仅使用一个相机进行旋转成像，则成像相机视轴绕卫星对地轴旋转速度不能小于单位为rad/s，若使用n个相机均匀分布实现旋转成像，则卫星平台或旋转机构的旋转速度为若保证相邻两次成像有50％的重合，以便于后期的图像处理，则相机的帧频

第二实施例

如图2所示，所述成像相机包括第一相机1和第二相机2，所述成像相机为面阵相机。当使用两个相机时，两个相机对称安装，相机视轴所在平面与卫星的对地轴平行，相机视轴与卫星对地轴的夹角均为

在本发明的其他实施例中，还可以根据应用需求对成像相机的数量及安装参数做适应性的修改，成像相机可以设为对称的两个相机、呈等边三角形分布的三个相机、非均匀的向同一方向偏转的几个相机等等，其核心即是相机视轴与星体对地轴成一定角度安装，通过旋转机构360度旋转实现环形或扇形区域覆盖，通过卫星的飞行实现沿轨方向的全覆盖。即要调整卫星运行速度与成像相机安装参数及运动参数的关系，使得成像相机的各个环形拍摄区域重合区域足够大，满足对星下拍摄区域完全覆盖的需求，同时优化调整卫星运行速度与成像相机安装参数及运动参数的关系，避免重复过大，增加数据处理量。

本发明提供的所述的基于旋转的大幅宽光学成像系统的成像方法有两种模式，第一种模式包括：

步骤一、成像相机匀速旋转；

步骤二、成像相机处于初始位置，成像一次；成像机构转过一个角度后停止转动待稳定后再次成像，前后两次成像之间有重合区域；然后重复旋转-停止-稳定-成像的步骤；

步骤三、完成360°旋转，成像相机成像一次，保证与初始位置成像区域有重合；步骤四、重复步骤二和三，直至卫星离开观测区域上空。

第二种模式包括：

步骤a，成像相机360°匀速旋转，成像相机同步成像；

步骤b，利用图像复原算法进行去模糊处理，得到图像。

对图像进行去模糊处理的方法已为本领域人员所熟知，不再详述。