专利名称：利用光孔径综合的可变分辨率和/或视野遥感仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用光孔径综合的遥感仪，特别涉及装载于卫星上利用光孔径综合的遥感仪。
背景技术：
本领域技术人员知道，从太空特别是从高轨道以高分辨率对广阔的场景(或源)——比如地球或其一部分——进行遥感需要大直径的望远镜，该直径对于从地球同步轨道的一米分辨率而言一般大于十米。生产镜体的难度及其重量随着其直径增加。同时，由于运载火箭的容量(特别地由其头部的体积确定)自然而然会限制所携带仪器的大小，因此难以设想利用单镜体来构造大型遥感仪。
为了解决上述问题，已经提出利用光孔径综合来生产遥感仪，其至少由两个光采集装置比如“小型”镜体构成，这些镜体通常是平面的或是“大型”镜体上的多个部分或是望远镜，用于将其从所观察场景采集的光束引导至干涉型光束组合光部件，传递遥感光束到检测器。
除了可被装载这一事实之外，上述类型的仪器的益处还在于这样的事实，即与每个光采集装置自身所实现的图像以及大直径的单镜体所能产生的图像相比，其检测器能够传递分辨率更佳的图像(由此提供更多细节)。
形成遥感仪光瞳的采集装置当然必须具有由频率规划能量填充规则(frequency plan energetic filling rule)所限定的特定几何形状。因此这就要依从于某些限制，比如各向同性(准各向同性)光传递函数(OTF)、缺少OTF中的取消区域、以及观察频率的最小冗余。
然而，当装载该仪器时，为了执行所选遥感任务，其他重要参数也必须加以考虑。
诸如仪器视野等参数极其依赖于所用光采集装置和重组装置的类型。该视野可特别地被证明是小于由常规仪器(包括大型单镜体)提供的视野。特别是在光采集装置和重组装置限定了迈克逊(Michelson)干涉仪时就是这种情况，这是由于许多光组件和重组原理引入了像差。
整体大小是将要考虑的另一重要参数。利用限定Fizeau干涉仪的光采集装置和重组装置会产生可与常规仪器的视野相当的视野，但是整体尺寸会很大。
所用光采集装置的数量是另一重要参数。故障概率取决于遥感仪的复杂性，因此也取决于光采集装置的数量。
现有技术的遥感仪被证明无法完全令人满意，因此本发明的目的是在此情形上有所改善。
发明内容
为此本发明提出一种利用光孔径综合的遥感仪，包括至少两个独立的遥感设备，每个遥感设备包括至少两个传递光束和具有选定视野及选定分辨率的光采集装置，所述遥感仪还包括重组装置，其适于对由所述设备传递的光束进行相干重组以传递最终光束，该最终光束与优于或等效于所述设备最低分辨率的分辨率和/或小于或等于所述设备最大视野的视野相关联。
在这里的上下文中，词语“更优分辨率”是指较低分辨率，即使得较小元素能够被区别的分辨率。
本发明的遥感仪可特别地、分别地或组合地具有其他特征-基本位于所述最终光束的焦平面中的主检测器。
-至少三个设备，-每个设备可包括至少三个光采集装置，
-每个光采集装置可以是镜体、镜体的一部分或望远镜，-每个遥感设备可具有自己的焦平面，可包括重组装置，其适于对由其光采集装置传递的至少部分光束进行相干组合，以传递至少一个遥感光束，-每个设备可包括辅检测器，用于采集由所述重组装置相干重组的所述部分光束以传递图像，-每个设备可包括截取装置，用于对由其光采集装置的每一个传递的至少部分光束进行采样，以朝着其重组装置定向所述采样部分。在此情况下，该截取装置例如包括每个所述光采集装置中的相应采样镜体。每个所述镜体可替代地附着在适于置于至少第一位置和第二位置的移位装置上，其在该第一位置使得关联的镜体对由相应光采集装置传递的整个光束进行采样，其在该第二位置使得关联的镜体允许由相应光采集装置传递的光束穿过，从而由所述重组装置重组。
-每个设备可替代地包括截取装置，用于对由所述重组装置传递的至少部分遥感光束进行采样，以朝着所述辅检测器定向它们，-该截取装置例如可包括位于遥感光束的路径上的选定位置处的分隔板。该板可由镜体替代，该镜体附着在适于置于至少第一位置和第二位置的移位装置上，其在该第一位置使得所述镜体对由所述重组装置传递的整个光束进行采样，其在该第二位置使得所述镜体允许由所述重组装置传递的光束穿过，从而由所述重组装置重组。
本发明对于借助排列飞行的卫星来对广阔场景进行遥感特别适用，但是并不专用于此。这些卫星承载了上述类型的遥感仪的各种零件。然而，本发明同样适用于连接的体系结构，其中各种部件由刚性或可展开的结构来连接。
本发明的其他特征和优点将结合后面具体的描述并参照附图变得更明显。
图1是本发明的遥感仪配置的一个实例图，其包括三个遥感设备，每个包括三个光采集装置。
图2是本发明的遥感仪的一部分的第一实施例的横截面图，其中这些设备构成Michelson干涉仪。
图3是本发明的遥感仪的一部分的第二实施例的横截面图，其中这些设备构成Fizeau干涉仪。
图4是本发明的遥感仪的OTF的一个实例图，调制转移函数(MTF)由虚线环代表，其示出了设置地貌中所观察的最高频率的采样半频(或Nyquist频率)。
具体实施例方式
这些附图构成了本发明说明书的一部分并在必要时用于限定本发明。
本发明的目的是提供具有可变视野和/或分辨率的利用光孔径综合的遥感仪。
首先参考图1来描述利用光孔径综合的本发明的遥感仪I。
该仪器I包括至少两个独立的遥感设备Di，装载于独立的卫星上或连接结构上；以及光速重组装置MR，装载于另一卫星上或相同结构上。在本例中，该仪器包括三个遥感设备Di(i＝1至3)，但是它可包括多于三个的此类设备或仅有两个设备。
每个遥感设备Di包括至少两个光采集装置(下文称为采集器)Cij，它们传递代表其观察到的场景(或源)的光束，每个遥感设备Di具有所选视野COi和所选分辨率Ri。在本例中，每个遥感设备Di包括三个采集器Cij(j＝1至3)，但是它可包括多于三个的此类采集器或仅包括两个采集器。而且，属于每个遥感设备Di的采集器Cij的数量和大小可随着设备不同而变化。
重要的是注意遥感设备Di的采集器Cij可装载于不同卫星上。
重组装置MR适于以干涉仪的方式来重组由各种遥感设备Di传递的光束，以便传递与分辨率R和/或视野CO相关联的最终光束，该分辨率R优于或等效于遥感设备Di的最低分辨率Ri，该视野CO小于或等于遥感设备Di的最大视野COi。
仪器I优选地在其重组装置MR的输出端处(或在其下游侧)还包括主检测器DP，如图2和3所示，下文将进一步描述，负责从所述重组装置MR所传递的最终光束中导出各种设备Di所观察到的场景图像。该主检测器DP优选地安装于仪器I的焦平面上。
每个设备Di优选地包括重组装置MCi，用于以干涉仪的方式来重组由其采集器Cij传递的光束，以便传递至少一个遥感光束。因此，每个设备Di构成了具有自己的焦平面的干涉仪，本发明的仪器I构成N个(子)仪器D1至DN(i＝1至N)的干涉仪组合。
每个设备Di优选地在其重组装置MCi的输出端处(或下游侧)包括辅检测器DAi，如图2和3所示，用于从所述重组装置MCi所传递的遥感光束中导出相关联的采集器Cij所观察到的场景图像。
如果仪器I具有主检测器DP和辅检测器DAi，则能够以至少三种模式工作。
在第一模式中，仪器I的所有设备Di同时工作，并且传递来自它们所观察的场景的光束。在此情况中，仪器I是其各种设备的干涉仪组合(“I＝D1+D2+...+DN”)，其主检测器DP传递的图像则对应于数值比各设备Di的每一个的分辨率Ri更小的分辨率R(即更优分辨率)。
例如，利用提供视野COi和约三米分辨率Ri的三个基本相同的设备Di，仪器I具有约等于COi/3的视野CO和约等于Ri/3即一米的分辨率R。
在第二模式中，仪器I的至少一个设备Di进行工作，传递从它观察到的场景而来的一个或多个光束。在此情况下，仪器I等效于唯一工作的设备Di(“I＝Di”)，它传递的图像是由设备Di的辅检测器DAi提供的那些图像，其对应于数值比分辨率R更大的分辨率Ri(因此分辨率更差)和对应于比视野CO更大的视野COi。
该第二模式可能归因于人为和瞬时的选择或者归因于仪器I的至少一个设备中或所述仪器I中的故障(例如反射器或采集器镜体问题)。本发明在此情况中是有利的，因为它使得仪器I在局部故障的情况下以更高值的分辨率(即降级的分辨率)继续工作。
在第三模式中，仪器I的至少两个设备Di和Di’同时工作(被使用)并且传递从它们分别观察到的基本相同的场景而来的光束。在此情况下，仪器I等效于正在工作的这些设备之和，它传递的图像是由设备Di和Di’的辅检测器DAi和DAi’分别提供的图像，其分别对应于数值比分辨率R更大的更高分辨率Ri和Ri’(因此分辨率更差)和对应于比视野CO更大的视野COi和COi’，和/或对应于设备Di和Di’的干涉仪组合，其主检测器DP传递的图像则对应于数值比分辨率R更高(因此分辨率更差)但是比各设备Di的每一个的分辨率Ri和Ri’更低(因此分辨率更优)的分辨率R’。
第三模式可能归因于人为和瞬时的选择或者归因于仪器I的至少一个设备中或所述仪器I中的故障(例如反射器或采集器镜体问题)。而且，如果正在工作(或正被使用)的设备正在观察不同但是接近的场景(马赛克效应)，则该第三模式增大了视野CO’，因此仪器不以干涉仪模式工作。该第三模式还并行地(不以干涉仪模式)观察不接近的N个不同区域或场景(或源)。该第三模式能够借助主检测器DP来同时传递优分辨率的图像(特写或“缩放”)，并利用这些设备之一的辅检测器来传递特定兴趣区域的较低分辨率的图像。
对所选遥感设备Di的数量、为每个设备Di选择的采集器Cij的数量、每个采集器Cij的类型、采集器Cij的尺寸L1、采集器Cij之间的距离L2、设备Di的“边缘”之间的距离L3、以及设备Di的中心之间的距离L4进行选择，以使得仪器I如图4所示地具有各向同性(或准各向同性)的光传递函数(OTF)而无抵消区域并具有最小的观察频率冗余。
准确地说，在这里的问题是联合地优化必须传递高分辨率图像的仪器I的光瞳配置和置于仪器I的干涉仪通道之一上的每个设备(或干涉仪)Di的光瞳配置。
所选设备(或干涉仪)Di的类型主要依赖于整体大小、复杂性、分辨率R和视野CO及COi。该选择例如可介于Michelson和Fizeau干涉仪之间。
图2是遥感仪I的一部分的横截面图，其包括构成广角Michelson干涉仪的设备Di。在此例中，由于是横截面图，仅两个设备D1和D2与重组装置MR相组合。然而，仪器可包括三个或四个设备Di或甚至于更多的设备。类似地，由于是横截面图，在本例中仅看见两个采集器(C11，C22)、(C21，C22)与重组装置MC1、MC2相组合。然而，每个设备Di可包括三个或四个采集器Cij或甚至于更多采集器。
每个Michelson设备Di(例如设备D1)包括至少两个采集器C11和C12，其均采用望远镜形式。每个望远镜C11或C12采集来自其所指向的场景的光，并且将待传输的光传递到重组装置MR和/或重组装置MC1。为此，望远镜C11或C12包括可通过移位装置(未示出)来倾斜的分隔板或镜体MB(例如平面镜)，该移位装置介于至少第一位置和第二位置之间，所述镜体MB在该第一位置能够对所有的采集光束进行采样，用于由重组装置MC1将其与其他采集的光束重组，所述镜体MB在该第二位置允许所采集的光束穿过，以便能够由重组装置MR将其与其他采集的光束重组。
重组装置MC1组合由镜体MB采样的光束，并且传递朝着辅助检测的DA1定向的遥感光束，用于传递具有视野CO1的低分辨率R1图像。为此，重组装置MC1例如包括抛物镜，但是它们可以比这更为复杂。
采集器C11或C12采集的光束部分借助于例如平面镜等光部件OR而被导向重组装置MR。光部件OR被装载于相同卫星上或与设备D1或D2相同的结构上。
重组装置MR包括光部件OD，比如平面镜，其数量等于各种遥感设备Di的采集器Cij的数量，以便将由各种采集器Cij传递的这些采集光束的每一个引导至重组光部件OS，比如抛物镜。重组光部件OS重组由各种遥感设备Di的采集器Cij采集的各种光束，以便将最终光束优选地传递到在遥感仪I的焦平面中其卫星上安装的主检测器DP。用于平衡干涉仪Di的每个臂以及遥感仪I的光路径长度的辅助设备可能是必要的，但是在图2中未示出。
下面将参考图3来描述包括构成广角Fizeau干涉仪的设备Di的遥感仪I的一部分。在此例中，由于是横截面图，仅有两个设备D’1和D’2与重组装置MR相组合。然而，仪器可包括三个或四个设备D’i或甚至于更多设备。类似地，由于是横截面图，在此例中仅示出了两个采集器(C’11，C’12)、(C’21，C’22)与重组装置MC1’、MC2’相组合。然而，每个设备D’i可包括三个或四个采集器C’ij或甚至于更多采集器。
每个Fizeau设备D’i(例如设备D’1)包括至少两个采集器C’11和C’12，它们都采用凸镜形式。每个采集器C’11或C’12采集从其所指向的场景而来的光，并且将待传输的光束传递到重组装置MC1’。
重组装置MC1’重组由采集器C’11和C’12采集的光束，以便传递遥感光束。为此，重组装置MC1’例如包括凹镜或更复杂的设备。如果遥感设备D’i包括辅检测器DA1，用于传递具有低分辨率R1和具有视野CO1的图像，则在遥感光束的路径上设置分隔板，其允许遥感光束的第一部分通过，传到重组装置MR，并且将所述遥感光束的补充第二部分的采样馈送至辅检测器DA1或者馈送至可通过介于至少第一位置和第二位置之间的移位装置(未示出)来倾斜的平面镜，所述镜体MB在该第一位置可对遥感光束的整体采样，从而它们可被引导至辅检测器DA1，所述镜体MB在该第二位置允许遥感光束穿过，从而可由重组装置MR将它们与从其他遥感设备D’2而来的其他遥感光束重组。
设备D’1传递的该部分遥感光束借助于光部件OR’——比如抛物镜或更复杂的设备——被引导至重组装置MR。光部件OR’被装载于相同卫星上或与设备D’1或D’2相同的结构上。
重组装置MR包括光部件OD，比如平面镜或更多复杂的设备，其数量等于例如遥感设备D’i的数量，以便将重组装置MCi’传递的每个遥感光束引导至重组光部件OS，比如抛物镜或更复杂的设备。重组光部件OS重组由各种遥感设备D’i的重组装置MCi’传递的各种遥感光束，以便将最终光束优选地传递到遥感仪I的焦平面中其卫星上或相同结构上安装的主检测器DP。
用于平衡干涉仪D’i的每个臂以及遥感仪I的光路径长度的辅助设备可能是需要的，但是在图3中未示出。
由于本发明，能够同时获取高分辨率和低分辨率图像，这提供了获得功效和灵活性的瞬时缩放效果。而且，本发明在不同方向上实现了宽视野的同时遥感，其对于高轨道(例如地球同步轨道)中的遥感是特别有利的。而且，本发明通过直接的仪器马赛克效应来放大视野的事实也是有利的，因为所得图像并未表现出高轨道中的明显视差效应。最后，本发明能够在遥感仪I的一个或多个遥感设备损毁之后维持遥感任务，这在排列飞行的情况下是特别有利的。
本发明不限于上面仅通过实例而描述的遥感仪实施例，而是涵盖落入所附权利要求范围之内、本领域技术人员能够预见的所有变形。
因此在上面描述了本发明的实施例，其中遥感仪在多个排列飞行的卫星之间被划分。然而，本发明不限于此应用。该遥感仪可整体地装载于单个连接的(或固定的)或可展开的结构上，例如单个卫星。
而且，本发明的遥感仪并不专用于成像。它还可用于检测。在此情况下，各向同性和频率冗余限制的最小化就不那么严格。
权利要求
1.一种利用光孔径综合的遥感仪，包括至少两个独立的遥感设备，每个遥感设备包括传递光束和具有选定视野及选定分辨率的至少两个光采集装置，所述遥感仪还包括重组装置，其适于对由所述设备传递的所述光束进行相干重组，以传递最终光束，该最终光束与优于或等效于所述设备的所述最低分辨率的分辨率和/或小于或等于所述设备的所述最大视野的视野相关联。
2.根据权利要求1的遥感仪，其特征在于它包括基本位于所述最终光束的焦平面中的主检测器。
3.根据权利要求1或2的遥感仪，其中每个遥感设备具有自己的焦平面并包括重组装置，其适于对由其光采集装置传递的至少部分所述光束进行相干组合，以传递至少一个遥感光束。
4.根据权利要求3的遥感仪，其中每个设备包括辅检测器，用于采集由所述重组装置相干重组的所述部分光束以传递图像。
5.根据权利要求4的遥感仪，其中每个设备包括截取装置，用于对由其光采集装置的每一个传递的至少部分所述光束进行采样，以朝着其重组装置定向所述采样部分。
6.根据权利要求5的遥感仪，其中所述截取装置包括每个所述光采集装置中的相应采样镜体。
7.根据权利要求6的遥感仪，其特征在于所述截取装置是分隔板。
8.根据权利要求6的遥感仪，其中每个所述镜体附着在适于置于至少第一位置和第二位置的移位装置上，其在所述第一位置使得所述关联的镜体对由所述相应光采集装置传递的所述整个光束进行采样，其在所述第二位置使得所述关联的镜体允许由所述相应光采集装置传递的所述光束穿过，从而由所述重组装置重组。
9.根据权利要求4的干涉仪，其中每个设备包括截取装置，用于对由所述重组装置传递的至少部分所述遥感光束进行采样，以朝着所述辅检测器定向它们。
10.根据权利要求9的干涉仪，其特征在于所述截取装置包括位于所述遥感光束的所述路径上的选定位置处的分隔板。
11.根据权利要求9的遥感仪，其特征在于所述截取装置包括位于所述遥感光束的所述路径上的选定位置处的采样镜体。
12.根据权利要求11的遥感仪，其中所述镜体附着在适于置于至少第一位置和第二位置的移位装置上，其在所述第一位置使得所述镜体对由所述重组装置传递的所述整个光束进行采样，其在所述第二位置使得所述镜体允许由所述重组装置传递的所述光束穿过，从而由所述重组装置重组。
13.根据权利要求1的遥感仪，包括至少三个设备。
14.根据权利要求1的遥感仪，其特征在于每个设备包括至少三个光采集装置。
15.根据权利要求1的遥感仪，其特征在于每个光采集装置是从包括至少一个镜体、镜体的一部分和一个望远镜的组合中选择的。
16.根据权利要求1的遥感仪，其中所述设备和所述重组装置被装载于预定排列飞行的不同卫星上。
17.根据权利要求1的遥感仪，其特征在于所述设备和所述重组装置被装载于连接的结构上。
18.根据权利要求1的遥感仪，其中所述设备和所述重组装置被装载于可展开的结构上。
全文摘要
一种利用光孔径综合的遥感仪，包括至少两个独立的遥感设备，每个遥感设备包括至少两个传递光束和具有选定视野及选定分辨率的光采集装置，遥感仪还包括重组装置，其适于对由所述设备传递的光束进行相干重组以传递最终光束，该最终光束与优于或等效于所述设备最低分辨率的分辨率和/或小于或等于所述设备最大视野的视野相关联。
文档编号G01S17/00GK1743871SQ20051009793
公开日2006年3月8日 申请日期2005年8月31日 优先权日2004年8月31日
发明者弗雷德里克·法尔宗, 埃里克·托马 申请人:阿尔卡特公司