一种卫星动态时变摆扫倍增积分时间的方法与流程

本发明涉及空间光学卫星动态成像领域，具体涉及一种卫星动态时变摆扫倍增积分时间的方法。

背景技术：

空间光学遥感发展至今，高分辨率成像与高信噪比成像一直以一对矛盾体并存，人们在改变空间相机的焦距来提高对地分辨力的同时，使用多级积分感光器件来提升成像信噪比。现有技术虽然可以通过改变空间相机的内部参数焦距来提高对地分辨力，但对常规推扫成像方式来说，增大相机的焦距会产生光学系统的f数过大，成像积分时间较短，地面速度过快，系统能量不足，成像信噪比严重下降等问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种卫星动态时变摆扫倍增积分时间的方法，在卫星常规推扫成像的基础上，通过建立不同俯仰角下卫星动态实时变速机动与推扫成像像移速度间的函数关系，实现卫星姿态的实时反向机动消减推扫成像过快地速，完成像面推扫像移速度的降低，达到空间相机成像积分时间延迟并保持不变的目的。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种卫星动态时变摆扫倍增积分时间的方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：卫星在常规推扫成像扫描过程中，卫星成像积分时间为：其中，卫星对地飞行速度为：将卫星对地飞行速度映射至像面后，可得卫星像面移动速度为：卫星成像积分时间为：

其中，地球半径为r，地球质量为m，卫星高度为h，万有引力系数为g，μ＝gm，v地为卫星对地飞行速度，v像为像面移动速度，a为ccd像元尺寸，f为相机焦距，tl为推扫成像积分时间；

步骤二：卫星在摆扫成像扫描过程中，卫星成像积分时间多倍提升，ccd像面始终与光轴成垂直关系，地速为地面的切向速度，卫星成像积分时间为：其中卫星的俯仰角为φ时，对应的像面移动速度为：v地'为地面切向速度的分速度；

步骤三：当卫星在摆扫成像扫描过程前扭转一俯仰角θ，在扫描过程中卫星沿着θ到-θ往复运动，l是卫星对地的距离，卫星摆扫线速度为

对应的像面移动速度v像为根据积分时间和像面移动速度的对应关系，可得卫星动态时变机动角速度可由下式计算，

推导得到γ为v地方向与卫星回扫线速度方向夹角。

本发明的有益效果是：本发明不需要改变高分相机固有光学参数，就可以实现多倍提升常规推扫成像积分时间，解决高分辨相机多级成像能量或信噪比不足的问题，大幅提高成像质量。

附图说明

图1常规推扫成像时间示意图。

图2本发明卫星消减推扫速度物像对应关系图。

图3本发明卫星消减推扫速度的动态机动示意图。

图4本发明星消减地速成像时间示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

一种卫星动态时变摆扫倍增积分时间的方法，该方法包括如下步骤：

1.卫星常规推扫成像积分时间的确定

在卫星常规推扫成像扫描过程中，如图1所示，推扫成像积分时间满足以下关系式，地面目标以星下点为例。

其中，卫星对地飞行速度如下，

将卫星对地飞行速度映射至像面后，可得卫星像面移动速度如下，

地球半径为r＝6371.393×10³，地球质量为m＝5.965×10²⁴，万有引力系数为g＝6.672×10^-11，μ＝gm。本实施例中卫星高度h＝500km，v地为卫星对地飞行速度，a为ccd像元尺寸7μm，f为相机焦距6m，v像为像面移动速度，tl为常规推扫成像积分时间，

2.确定n倍积分时间与像面移动速度矢量关系

卫星在摆扫的过程中，积分时间多倍提升，ccd像面始终与光轴成垂直关系。由于地面并非为平面，因此地速实际上是地面的切向速度。卫星消减推扫速度物像对应关系如图2所示：

其中，o为地心，r为地球半径，b点为摆扫成像卫星对应的地面物点，∠abo为ε，卫星回扫线速度与地球半径的夹角为η，地速方向与卫星回扫线速度方向夹角为γ。

根据步骤1中的tl计算公式可得锁定n倍积分时间对应的表达如下，这里取n＝2，即2tl＝1.654×10-4s。其次将卫星俯仰角初始指向一定角度，这里取φ＝40°，由公式可知，像面移动速度随着角度的变化而变化。

3.计算提升n倍积分时间对应的卫星动态时变机动角速度

为了降低像面移动速度提升积分时间，如图3所示，通过计算消减的推扫成像速度计算卫星动态时变机动角速度

为卫星动态时变机动角速度，l是卫星对地的距离，卫星摆扫线速度为该线速度即为消减掉的卫星推扫速度。如图4所示，卫星被消减后的相对地速v地'为，

对应的像面移动速度计算如下，

根据积分时间和像面移动速度的对应关系，

可得，

由上式可知，当积分时间锁定和高分相机光学参数等保持不变时，消减推扫成像速度需要卫星姿态实时变化，卫星动态时变机动角速度可由下式计算，

因为卫星俯仰角θ一直在变化，因此除了相机内部参数和设定的积分时间还有卫星对地飞行速度不发生变化之外，其他的参数均发生变化，例如卫星对地的距离卫星补偿速度卫星回扫角速度卫星像面移动速度都是随着俯仰角度θ变化而变化的。当俯仰角θ＝φ＝40°，卫星逆时针摆扫至0°时，卫星消减掉线速度变化曲线和角速度逐渐变化。

如图2，在△abo中bo和ao满足如下关系式

各个角之间的对应关系如下，

η＝ε-π/2

γ＝π/2-η＝π-ε

cosγ＝-cosε

计算得到，

。