锥摆扫一体化空间相机成像模式设计

支政; 曲宏松; 李静; 张贵祥

doi:10.37188/OPE.20212903.0536

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锥摆扫一体化空间相机成像模式设计

更新时间：2021-04-09

- 锥摆扫一体化空间相机成像模式设计
- Design of imaging model for cone-pendulum scanning integrated space camera
- 光学精密工程 2021年29卷第3期页码：536-546
- 作者机构：
  
  1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033
  2.中国科学院大学，北京 100049
  3.中国科学院天基动态快速光学成像技术重点实验室，吉林长春 130033
  4.北京跟踪与通信技术研究所，北京 100094
- 作者简介：
  
  [ "支　政（1994-），男，河南郑州人，博士研究生，2017年于哈尔滨工业大学获得学士学位，主要从事光电成像方面的研究。E-mail：826862281@qq.com" ]
  [ "曲宏松（1980-），男，辽宁大连人，研究员，博士生导师，2003年于吉林大学获得学士学位，2008年于中国科学院研究生院获得博士学位，主要从事航天新型成像系统方面的研究。E-mail：quhongsong@ciomp.ac.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(62075219;61805244);吉林省重点科技研发计划资助项目(20190303094SF)
- DOI：10.37188/OPE.20212903.0536
  中图分类号： V443.5
- 收稿日期：2020-12-31，
  
  修回日期：2021-02-22，
  
  纸质出版日期：2021-03-15
- 稿件说明：
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支政,曲宏松,李静等.锥摆扫一体化空间相机成像模式设计[J].光学精密工程,2021,29(03):536-546.

ZHI Zheng,QU Hong-song,LI Jing,et al.Design of imaging model for cone-pendulum scanning integrated space camera[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(03):536-546.
支政,曲宏松,李静等.锥摆扫一体化空间相机成像模式设计[J].光学精密工程,2021,29(03):536-546. DOI： 10.37188/OPE.20212903.0536.

ZHI Zheng,QU Hong-song,LI Jing,et al.Design of imaging model for cone-pendulum scanning integrated space camera[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(03):536-546. DOI： 10.37188/OPE.20212903.0536.

摘要

针对高分辨相机难以实现超宽覆盖的问题，本文设计了锥摆扫一体化成像模式。通过对锥摆扫一体化成像原理进行分析，建立了锥摆扫一体化成像模型；然后，设计了最佳地面轨迹模型，并分析了轨道速度、平台旋转角速度和摆扫转动角速度的关系，并基于地面轨迹给出了曝光时间、帧频的计算方案。最后，通过MATLAB进行算例仿真，并对地面覆盖宽度和地面像元分辨率进行分析。结果表明：在轨道高度为500 km，像素尺寸为2.5 μm，焦距为360 mm，像元数为5 120×5 120时，取相机安装倾角为30°，摆扫成像帧数为10，地面覆盖宽度达到1 105.7 km，是星下点推扫成像的31.1倍，并且地面像元分辨率在6.4 m以下。锥摆扫一体化成像模式可以完全覆盖地面目标，并且在保证一定分辨率的条件下大幅增大幅宽。

Abstract

Achieving super-wide coverage for high-resolution cameras is difficult. To address this difficulty， this study designs a cone-pendulum scanning integrated imaging mode. First， by analyzing the principle of cone-pendulum scanning integrated imaging， a cone-pendulum scanning integrated imaging model was established. Then， the optimal ground trajectory model was designed， and the relationship between the orbital velocity， angular velocity of the platform rotation， and angular velocity of the pendulum scanning rotation was analyzed. Simultaneously， based on the ground trajectory， a calculation scheme of exposure time and frame frequency was provided. Finally， MATLAB was used to perform simulations， and the ground coverage width and ground pixel resolution were analyzed. The results show that when the orbital altitude is 500 km， pixel size is 2.5 μm， focal length is 360 mm， and pixel number is 5 120×5 120， then the camera installation angle is 30°， number of frames of pendulum scanning imaging is 10， ground coverage width is 1 105.7 km， which is 31.1 times that of the image sub-satellite point push scanning imaging， and ground sample distance （GSD） is less than 6.4 m. The cone-pendulum integrated imaging mode can completely cover the ground target and considerably increase the width for specific resolutions.

关键词

Keywords

references

苗壮 . TDICCD空间相机摆扫成像像移匹配残差估计［D］. 长春：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所， 2015 .

MIAO ZH . Residual Calculation of TDICCD Space Camera for Whiskbroom of Image Motion Velocity Matching ［D］. Changchun ： Changchun Institute of Optics ， Fine Mechanics and Physics ， Chinese Academy of Sciences ， 2015 . （in Chinese）

徐伟，金光，王家骐 . 吉林一号轻型高分辨率遥感卫星光学成像技术［J］. 光学精密工程， 2017 ， 25 （ 8 ）： 1969 - 1978 .

XU W ， JIN G ， WANG J Q . Optical imaging technology of JL-1 lightweight high resolution multispectral remote sensing satellite ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2017 ， 25 （ 8 ）： 1969 - 1978 . （in Chinese）

胡芬，金淑英 . 高分辨率光学遥感卫星宽幅成像技术发展浅析［J］. 地理信息世界， 2017 ， 24 （ 5 ）： 45 - 50 .

HU F ， JIN SH Y . Study on the development of wide swath imaging technology about high-resolution optical remote sensing satellites ［J］. Geomatics World ， 2017 ， 24 （ 5 ）： 45 - 50 . （in Chinese）

程少园，杨沐，姜宏佳，等 . 超敏捷动中成像高分辨率遥感卫星成像理论分析［J］. 红外与激光工程， 2019 ， 48 （ 11 ）： 112 5002-1-7 .

CHENG SH Y ， YANG M ， JIANG H J ， et al . . Theoretical analysis of the super agile high resolution remote sensing satellite for maneuvering imaging ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2019 ， 48 （ 11 ）： 112 5002-1-7 . （in Chinese）

张新伟，戴君，刘付强 . 敏捷遥感卫星工作模式研究［J］. 航天器工程， 2011 ， 20 （ 4 ）： 32 - 38 .

ZHANG X W ， DAI J ， LIU F Q . Research on working mode of remote sensing satellite with agile attitude control ［J］. Spacecraft Engineering ， 2011 ， 20 （ 4 ）： 32 - 38 . （in Chinese）

黄群东，杨芳，赵键 . 姿态对地指向不断变化成像时的像移速度计算［J］. 光学精密工程， 2012 ， 20 （ 12 ）： 2812 - 2820 .

HUANG Q D ， YANG F ， ZHAO J . Calculation of image motion velocity for agile satellite dynamic imaging to changed continuously attitude point ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2012 ， 20 （ 12 ）： 2812 - 2820 . （in Chinese）

余婧，喜进军，于龙江，等 . 敏捷卫星同轨多条带拼幅成像模式研究［J］. 航天器工程， 2015 ， 24 （ 2 ）： 27 - 34 .

YU J ， XI J J ， YU L J ， et al . . Study of one-orbit multi-stripes splicing imaging for agile satellite ［J］. Spacecraft Engineering ， 2015 ， 24 （ 2 ）： 27 - 34 . （in Chinese）

于龙江，蒋方华，姜洋，等 . 敏捷卫星一般轨迹主动推扫成像模式设计［J］. 航天器工程， 2019 ， 28 （ 1 ）： 27 - 34 .

YU L J ， JIANG F H ， JIANG Y ， et al . . Design of agile satellite's active scanning imaging mode on general track ［J］. Spacecraft Engineering ， 2019 ， 28 （ 1 ）： 27 - 34 . （in Chinese）

章登义，郭雷，王骞，等 . 一种面向区域目标的敏捷成像卫星单轨调度方法［J］. 武汉大学学报：信息科学版， 2014 ， 39 （ 8 ）： 901 - 905，922 .

ZHANG D Y ， GUO L ， WANG Q ， et al . . An improved single-orbit scheduling method for agile imaging satellite towards area target ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2014 ， 39 （ 8 ）： 901 - 905，922 . （in Chinese）

宋明珠，曲宏松，张贵祥，等 . 航天相机环扫成像模式设计［J］. 红外与激光工程， 2018 ， 47 （ 7 ）： 0718001 .

SONG M Z ， QU H S ， ZHANG G X ， et al . . Design of aerospace camera circular scanning imaging model ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2018 ， 47 （ 7 ）： 0718001 . （in Chinese）

李宪圣，任建岳，任建伟，等 . 空间相机在轨成像模式的建立［J］. 光学精密工程， 2015 ， 23 （ 7 ）： 1852 - 1858 .

LI X SH ， REN J Y ， REN J W ， et al . . Establishment of image model for on-board space camera ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2015 ， 23 （ 7 ）： 1852 - 1858 . （in Chinese）

BARSCHKE M F ， LEVENHAGEN J ， REGGIO D ， et al .. Design and analysis of manoeuvre scenarios for highly agile satellites ［C］. Proceedings of the 61st German Aerospace Congress . Berlin ： GAC ， 2012 .

RENARD M ， TONETTI S ， CORNARA S ， et al .. Fully automated mission planning and capacity analysis tool for the DEIMOS-2 agile satellite ［C］. SpaceOps 2014 Conference . 5 - 9 May 2014， Pasadena ， CA . Reston ， Virginia： AIAA ， 2014 .

TANGPATTANAKUL P ， JOZEFOWIEZ N ， LOPEZ P . Biased random key genetic algorithm for multi-user earth observation scheduling ［J］. Recent Advances in Computational Optimization ， 2015 ： 143 - 160 .

王家琪，于平，颜昌翔，等 . 航天光学遥感器像移速度矢计算数学模型［J］. 光学学报， 2004 ， 24 （ 12 ）： 1585 - 1589 .

WANG J Q ， YU P ， YAN CH X ， et al . . Space optical remote sensor image motion velocity vector computational modeling ［J］. Acta Optica Sinica ， 2004 ， 24 （ 12 ）： 1585 - 1589 . （in Chinese）

杜康，刘春雨，谢运强，等 . 基于非球面的大相对孔径微型星敏感器镜头设计［J］. 仪器仪表学报， 2019 ， 40 （ 6 ）： 96 - 103 .

DU K ， LIU CH Y ， XIE Y Q ， et al . . Lens design of micro star sensor with large aperture based on aspheric surface ［J］. Chinese Journal of Scientific Instrument ， 2019 ， 40 （ 6 ）： 96 - 103 . （in Chinese）

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