专利名称：通过附加采样的推式扫帚扫描获取图象的方法
技术领域：
本发明涉及通过由飞过观察区的至少一个电荷耦合型CCD传感器阵列的“推式扫帚(push-broom)”扫描获取图象的方法。
本发明可应用于地球卫星的观察，也可应用于从飞行器(飞机、无人驾驶飞机等)的观察。
申请人已在其专利申请FR9509263中提出了一种借助CCD传感器获取图象的方法，根据该方法，以这样的方式把该阵列相对于移动方向定向，以便在减小光谱混淆的影响的同时，进行附加采样(oversampling)。
本发明的目的是提出一种实现更为精密采样的探测方法。
为此，本发明提出一种从携带至少一个电荷耦合型传感器阵列的卫星或飞行器通过推式扫帚扫描获取图象的方法，其特征在于控制飞行器的姿态，及飞行器的翻滚角速度、俯仰角速度和偏航角速度，以便阵列的纵向和横向地速满足Vlongi=±mm2+l2·Vref]]>Vlateral=±lm2+l2·Vref]]>其中Vref=P/Ti,P为阵列的覆盖区(footprint)，Ti是采样周期，m和l为两个整数。
结合附图，参考下面的说明将进一步理解本发明的其它特征和优点，下面的说明仅是对本发明的例证说明，而不是对本发明的限制，其中图1表示了相对于固定在地球上的机构移动的CCD探测器阵列的地面图象，其中标出了携带所述阵列的飞行器的翻滚角、俯仰角及偏航角。
图2是说明借助阵列得到的采样的表示图，其中所述阵列的法线和所述阵列图象的中心的地速之间的角度为αn。
图3和4是根据本发明的能够实现图2所示类型的探测的两个特定实施例的装置。
图5示意地表示了有利于本发明实现的阵列结构。
图6说明了具有这种结构的一种可能实施例。
图1中，S代表携带探测阵列的卫星，X、Y、Z是本地轨道坐标系，其中心S和卫星的重心重合，Vsat和Vgnd是相应于阵列目标点的绝对速度及阵列图象相对于地面的相对速度的矢量。
本例中，在改变或不改变瞄准镜(如果改变测量仪的瞄准镜，则在图象捕获时，瞄准镜必须固定不动；如果在图象捕获时，整个测量仪可以相对于卫星旋转，则在图象捕获时，测量仪将保持固定不动)的情况下，以常规方式把探测阵列(或多个阵列)布置在镜片的焦平面上。
翻滚角、俯仰角及偏航角分别标记为φ、θ和ψ；对应的角速度为
和
在大多数地球观测卫星中，飞行器的机身被锁定在本地轨道坐标系上，镜面系统使得能够定向目标轴，从而可以探测最大可能的区域。速度
是速度
和地球旋转引起的速度
(在C位于地球中心时，Ω→earth^CV→)]]>间的差值。
具体地，V→gnd=V→sat-V→earth+Ω→^SV→]]>其中
表示地球上的目标点，
表示卫星S的绝对角速度，假定目标轴绑缚并固定在卫星上。
根据本发明，控制卫星的翻滚角速度、俯仰角速度及偏航角速度，以便在阵列的地面侧滑角(ground slip)为αl/m=Arctan l/m的情况下产生图2中所示类型的采样，阵列的纵向和横向地速分别由下式给出VLongi=±mm2+l2·Vref]]>Vlateral=±lm2+l2·Vref]]>其中Vref=P/Ti,P为阵列的覆盖区，Ti是采样周期，m和l为两个整数。图2中，十字叉表示在各个采样时刻t+kTi时，探测器的中心的地面图象，k为整数，t为给定的采样时刻。
特别地，如果m=1,l=n,n为整数，当探测器中心的地面图象散布于标准正交网格上时，得到所谓的“整数超模式”采样。这种采样的优点是具有减小的覆盖区及快速摄影效果。
作为例子，下表给出了几种可能的“整数超模式”采样的特征。表
*对于轨迹下(点1、2、3和4)图象捕获的常规方式下的60公里范围。
当不能进行整数超模式采样时，我们则论及“分数超模式”采样。
这种采样类型具有许多优点。
它使得可以不使用双阵列，双阵列技术是卫星地球观测专门需要的技术。从而可以降低费用。
另外，这种类型的采样具有很大的使用灵活性。特别地，对于卫星和给定的光学观测仪器(固定的和/或已在轨道上的)来说，能够编程控制图象捕获，从而改进图象的分辨率(在经过恰当的处理后)。
此外，可以编程控制相对于卫星的亚轨道轨迹(或飞机或无人驾驶飞机的直接航迹地面投影)倾斜的“图象捕获带”，它有益于横向大大偏移的图象的准同步捕获。
总之，这些“超模式”使得能够提高现有地球观测卫星或正在研制的地球观测卫星的分辨率及信息选取方面的性能；这些超模式提供了额外的可能性及系统灵活性。
例如，在自1986年2月就在轨道中的SPOT1卫星中，它的分辨率是10m×10m，借助本发明提出的方法，能够进行覆盖区为4.5m×2.25m(当l=4,m=2时)的探测，或者甚至2.4m×2.4m(当l=4,m=1时)的探测。作为例子，在强制施加零偏航角(ψ=0)时，可以计算翻滚角速度及俯仰角速度
，这些角速度根据对应于要求采样的速度
和
计算得到。
作为变量，可以利用偏航旋转得到不同于对应于零偏航下进行的超模式的值的侧滑角。
作为例子，在卫星具有地心标点的情况下，图3所示的装置可用于在零偏航角下进行采样。
图3所示装置包括姿态测量装置1，姿态测量装置1包括，例如恒星跟踪仪、地球跟踪仪、陀螺仪或太阳跟踪仪。
该装置还使用卫星的机载计算机2，机载计算机2根据前述姿态测量装置的测量结果估计卫星的姿态，并确定俯仰角、偏航角和翻滚角的实际值，及俯仰角速度、偏航角速度和翻滚角速度的实际值。
通过设置前述值，例如姿态角和/或角速度值，机载计算机计算将施加给姿态致动器3的命令。
致动器3是其上施加Cx、Cy和Cz转矩的反动轮，这些反动轮对应于卫星的三个轴。这些反动轮必须由磁电耦合器连续或周期地脱釉(de-glazed)。
图4表示了机动卫星的控制器的常规情况。
在地面上根据由地面部分计算的姿态或速度设置(φc、θc、ψc、φc、θc及ψc)，以卫星的导航四元数或者导航的绝对角速度的形式计算姿态设置，以便进行要求的采样。在向卫星下传“姿态外形”之后，姿态控制执行这些设置，这些设置采取时变四元数或时变卫星绝对角速度设置的形式(通常是时变多项式)。
图5所示的是能够有利实现本发明的阵列结构。
根据该结构，在地球观测仪器的焦平面中以锯齿图形分布多个电荷耦合型阵列B。这些各种阵列B彼此相同，平行，并且整齐地分布在所述焦平面上。
以这样一种方式在姿态方面导引卫星，使得阵列相对于地面上卫星速度的法线的倾斜角等于αum=Arctg Um地速满足第三页给出的公式(参见图5)，Vlongi和Vlateral分别平行、垂直于阵列B的方向。
借助这种结构，只需实现卫星姿态的俯仰控制，另还可能需要进行稍微的翻滚控制，以便补偿地球旋转的影响。
于是进行探测的费用比参考前面的
的探测的费用低。
此外，应注意这种结构能够得到更高的探测效率。特别地，对于同样数目的基本探测器，可以利用多个平行探测阵列得到比单个探测器阵列大得多的地面矩形区域的图象。
另外，如图6所示，应注意该技术使得能够构造阵列，利用集成电路型阵列(即电子芯片)，而在焦平面中必须布置单片阵列(没有特殊的镜片，例如DIVOLI型镜片)的情况中不可能应用电子芯片技术。
权利要求
1．一种从携带至少一个电荷耦合型传感器阵列的卫星或飞行器通过推式扫帚扫描获取图象的方法，其特征在于控制飞行器的姿态，及翻滚角速度、俯仰角速度和偏航角速度，以便阵列的纵向和横向地速满足VLongi=±mm2+l2·Vref]]>Vlateral=±mm2+l2·Vref]]>其中Vref=P/Ti,P为阵列的覆盖区，Ti是采样周期，m和l为两个整数。
2．按照权利要求1所述的方法，其特征在于通过施加恒定的偏航角来控制飞行器的姿态。
3．按照权利要求1所述的方法，其特征在于通过改变俯仰角及偏航角来控制飞行器的姿态。
4．按照权利要求1所述的方法，其特征在于飞行器包括以锯齿图形平行布置在镜片的焦平面上的多个阵列，以这样一种方式导引飞行器，使得阵列相对于地面上卫星速度的法线的倾斜角等于αl/m=Arctanl/m。
全文摘要
本发明涉及一种从携带至少一个负荷传递传感器条的卫星－无人驾驶飞行器或飞机通过附加采样的推式扫帚扫描获取图象的方法,其特征在于控制飞行器的姿态,及飞行器的翻滚角速度、俯仰角速度和偏航角速度,以便传感器条的纵向和横向地速满足上式:其中V
文档编号G01C11/00GK1227026SQ9880063
公开日1999年8月25日 申请日期1998年5月12日 优先权日1997年5月12日
发明者鲍尔·杜琼, 阿兰·德·勒弗, 马克·伯奇 申请人:国家空间研究中心