专利名称：一种敏捷卫星成像条件的确定方法
技术领域：
本发明涉及一种成像条件的确定方法，特别是一种敏捷卫星成像条件的确定方法。
背景技术：
快速、多模式的高质量成像是敏捷卫星最具特色的一项核心技术，敏捷卫星的出 现大大提高了卫星的应用能力，但卫星的成像质量不仅受到卫星平台自身条件的影响，其 本身的设计指标、轨道参数、空间环境和工作模式等成像条件也在不同方面、不同程度上影 响着成像质量的高低。因此如何合理规划卫星任务以使其达到最大的使用效能，获得最好 的成像质量则成了亟待解决的问题。目前在国内成像仿真分析技术虽然得到了一定发展， 但依然没有针对敏捷卫星成像条件的确定方法，也没有卫星成像质量评价的相关依据，因 此敏捷卫星在任务规划中无依据可循。成像仿真分析技术已经引起世界各发达国家的高度重视，美国和欧洲一些国家 近年来都把仿真技术列为国家发展的关键技术。如美国柯达公司(KODAK)公布了针对胶 片型相机仿真设计中的少量资料，从开始应用到目前为止，该软件模型经过了超过20000 幅(次)照片的验证。柯达公司的航天器系统仿真软件Wiysique考虑了成像过程中的 15个环节目标特征、成像几何关系、3维景物模型、照射类型、系统成像参数、大气模型 (SCATIII)、曝光量、MTF模型、光子和系统噪声、数传系统模型、硬拷贝影响模型、胶片MTF、 胶片平均密度、胶片噪声和信息预测。美国NASA所属JPL实验室的飞行系统测试平台 (Flight System Testbed, FST)、Langley 研究中心的 SPASIM (Spacecraft Simulation)、 俄罗斯能源科学生产联合体(NPO Energiya)的综合仿真测试平台(KMC)以及德国VEGA 信息技术公司开发的仿真卫星(Simulating Spacecraft)则是20世纪90年代卫星仿真 技术发展的综合反映。这些技术用于航天器(重点是对卫星平台等大系统)的设计和仿 真，对有效载荷如遥感器等和环境影响的仿真设计有一定考虑。2001年，A. Borner等人发 表了关于超光谱成像仪仿真系统方面的研究文章，文中介绍了仿真软件SENSOR (Software Environment for the Simulation of Optical Remote sensing systems)的情况，该软 件包括三个部分计算景物、太阳和遥感器的几何关系；环境仿真，计算在探测器上的辐射 量，包括大气影响等；数字图像获取所需的光电探测器模型。使用SENSOR仿真软件可以优 化设计参数，使用结果应用于欧空局ESA (European Space Agency)的项目APEX (Airborne PRISM Experiment)。以上系统均是针对成像系统本身涉及的质量评价软件，若作为航天遥 感卫星的成像质量评价工具，则要针对航天遥感成像的特点和具体要求进行修改和重新开 发。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种敏捷卫星成像条件 的确定方法，该方法综合考虑敏捷卫星相机在各种环境下、各种工作模式下的成像条件对
5成像质量的影响，进行综合确定敏捷卫星成像条件，能够为卫星用户提供一种简洁客观的 决策依据。本发明的技术解决方案是一种敏捷卫星成像条件的确定方法，步骤如下(1)首先根据相机设计参数和成像时刻的卫星轨道参数、卫星姿态信息进行成像 条件相关参数计算，得到敏捷卫星成像条件相关参数的计算结果，敏捷卫星成像条件相关 参数计算包括相机传递函数计算、相机像元分辨率计算和相机成像幅宽计算；(a)相机传递函数MTF计算的计算方法为
权利要求
1. 一种敏捷卫星成像条件的确定方法，其特征在于步骤如下 (1)首先根据相机设计参数和成像时刻的卫星轨道参数、卫星姿态信息进行成像条件 相关参数计算，得到敏捷卫星成像条件相关参数的计算结果，敏捷卫星成像条件相关参数 计算包括相机传递函数计算、相机像元分辨率计算和相机成像幅宽计算；(a)相机传递函数MTF计算的计算方法为MTF = MTF 静态 XMTF 动态 Χ0·9MTFim= MTF光学设计XMTF光学加工XMTF光学装调XMTF器件XMTF电路MTF = sin(^Aa/0)其中=MTFim为相机静态传递函数； MTFas为相机动态传递函数； MTFit^w为相机光学设计对静态传递函数的影响； MTFit^to工为相机光学加工对静态传递函数的影响； MTFi^sia为相机光学装调对静态传递函数的影响； MTFs^为相机器件对静态传递函数的影响； MTF 为相机电路对静态传递函数的影响； f0为相机振动的频率； N为积分级数；Δ a 为相机综合的像移量，Δα 二 /Aaf +, Aa1, Aa2, Δβ3> Δει4 分别为相机姿态稳定度、积分时间误差、偏流角校正误差和相机颤振所引起的像移；(b)相机像元分辨率GSD的计算方法为令卫星轨道高度为H，相机像元尺寸为d，相机焦距为f，卫星姿态机动指向角为α，卫 星姿态机动指向角投影到地面与卫星飞行方向的夹角为P,将卫星姿态机动指向角分解为 侧摆和俯仰两个动作的合成，等效的侧摆角为β，俯仰角为Y，则；β = arctan(tan α χ sin φ)； γ = arctan(tan α χ cos^)； d 2椎扫方向=Hx sec/ χ-sec χ； 2 d线阵方向=H χ sec β χ j sec/ ；GSD推扫方向禾口 GSD线阵方向的平均值，即(GSD 推扫方向+GSD线阵方向 )/2作为相机像元分辨率GSD的计算结果；其中=GSDlta^为相机推扫方向的像元分辨率； GSDiw方自为相机线阵方向的像元分辨率；(c)相机成像幅宽的计算方法为同样令卫星轨道高度为H，卫星姿态机动指向角为α，卫星姿态机动指向角投影到地 面与卫星飞行方向的夹角为P，相机的视场角为F0V，地球半径为Re，将卫星姿态机动指向 角分解为侧摆和俯仰两个动作的合成，等效的侧摆角为β，俯仰角为Y，卫星视场投影到 地面的两个边界点分别为Α、Β，则卫星姿态变化后，Α、Β点对应的卫星姿态机动指向角分别为α ，投影到地面与飞行方向χ的夹角为仍、 对应的侧摆角Z APO为S1、侧摆角Z BPO为32，卫J 巾畐宽； 则a, = arctan (tan β^)2 + (tan/)2Ψ2，令卫星相机的主点为P，则Α、Β两点 L姿态指向A点与B点间的距离即为实际Ot1 = arctan」(tan β;γ + (tan γ)1其中
全文摘要
本发明公开了一种敏捷卫星成像条件的确定方法，该方法对描述图像基本属性的三个典型参数——MTF、元分辨率、成像幅宽进行预估计算，从而确定各个参数在成像条件确定体系中所占的权重比例，最终确定出敏捷卫星的成像条件。本发明综合考虑敏捷卫星相机在各种环境下、各种工作模式下的成像条件对成像质量的影响，并进行综合确定及利用地面仿真进行设计验证，能够为卫星用户提供一种简洁客观的决策依据，并同时反映出具体的成像任务对卫星成像能力的发掘情况，本发明是国内提出的首个针对敏捷卫星成像条件的综合确定方法，填补了我国在卫星成像条件仿真分析方面的空缺。
文档编号G06F19/00GK102063558SQ201010279469
公开日2011年5月18日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者侯小瑾, 刘胜利, 吕大旻, 杨芳, 谢松 申请人:航天东方红卫星有限公司