基于火星大椭圆轨道像移补偿计算方法

闫得杰; 孙兴国; 刘海秋; 吴凡路; 关海南; 王栋

doi:10.37188/OPE.20223002.0153

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基于火星大椭圆轨道像移补偿计算方法

更新时间：2026-09-12

- 基于火星大椭圆轨道像移补偿计算方法
- Image motion compensation method based on large elliptical orbit
- 光学精密工程 2022年30卷第2期页码：153-159
- 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.中国科学院月球与深空探测重点实验室，北京 100101
  3.一汽-大众汽车有限公司，吉林长春 130011
  4.安徽农业大学，安徽合肥 230036
- 作者简介：
  
  闫得杰（1979-），女，吉林德惠人，硕士，副研究员，2003年于吉林大学获得学士学位，2010年于中国科学院研究生院获得硕士学位，主要从事飞行器像移补偿、星载嵌入式软件设计等方面的研究。E-mail： yandj2008@163.com
  孙兴国（1976-），男，吉林舒兰人，硕士，高级工程师，2000年于华东交通大学获得学士学位，2004年于吉林大学获得硕士学位，主要从事无人驾驶、图像识别等方面的研究。E-mail： xingguo.sun@faw-vw.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(61805001);中国科学院月球与深空探测重点实验室开放基金项目(LDSE201901)
- DOI：10.37188/OPE.20223002.0153
  中图分类号： TP394.1;TH691.9
- 收稿：2020-09-18，
  
  修回：2020-11-18，
  
  纸质出版：2022-01-25
- 稿件说明：
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闫得杰,孙兴国,刘海秋等.基于火星大椭圆轨道像移补偿计算方法[J].光学精密工程,2022,30(02):153-159.

YAN Dejie,SUN Xingguo,LIU Haiqiu,et al.Image motion compensation method based on large elliptical orbit[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(02):153-159.
闫得杰,孙兴国,刘海秋等.基于火星大椭圆轨道像移补偿计算方法[J].光学精密工程,2022,30(02):153-159. DOI： 10.37188/OPE.20223002.0153.

YAN Dejie,SUN Xingguo,LIU Haiqiu,et al.Image motion compensation method based on large elliptical orbit[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(02):153-159. DOI： 10.37188/OPE.20223002.0153.

摘要

为了实现天问一号高分辨率相机在大椭圆轨道下对火星表面高质量成像，建立了基于火星的大椭圆轨道像移计算模型。对大椭圆轨道和像移计算方法进行研究。首先，根据大椭圆轨道的特点，分析大椭圆轨道与近圆轨道存在的差别。接着，依据椭圆特性和角动量守恒原理计算高分辨率相机到火星中心的距离、椭圆运动轨道速度、轨道速度与离心速度的夹角。然后，根据齐次坐标变换的方法将火星景点坐标系与高分辨率相机坐标系建立联系，通过对位置关系的求导得出像移速度。最后，通过动态成像试验验证了像移补偿计算方法的正确性和对图像质量的影响。实验结果表明：大椭圆轨道像移补偿计算方法正确；动态传函大于0.1，满足动态传函不小于0.1的指标要求；像移匹配（Modulation transfer function， MTF）最小值为0.953，满足不低于0.95的指标要求。

Abstract

In order to realize high-quality imaging of the Mars surface by the Tianwen-1 high-resolution camera in large elliptical orbit， a large elliptical orbit image motion calculation model based on Mars is established. The calculation method of the large elliptical orbit and image motion is studied. First， according to the characteristics of the large elliptical orbit， the difference between the large elliptical orbit and a near circular orbit is analyzed. Then， the distance from the high-resolution camera to the center of Mars， the orbital velocity of elliptical motion， and the angle between orbital velocity and centrifugal velocity are calculated according to the characteristics of the ellipse and the conservation principle of angular momentum. Then， according to the method of homogeneous coordinate transformation， the Mars scenic spot coordinate system is connected with the high-resolution camera coordinate system， and the image motion velocity is obtained by deriving the position relationship. Finally， the correctness of the image motion compensation calculation method and its influence on image quality are verified through a dynamic imaging experiment. The experimental results show that： the calculation method of image motion compensation for large elliptical orbit is correct； the dynamic transfer function is greater than 0.1， and the dynamic transfer function is not less than 0.1； and the minimum value of image motion matching MTF （Modulation transfer function） is 0.953， which meets the requirement of no less than 0.95.

关键词

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武星星，刘金国 . 基于地球椭球的空间相机侧摆摄影像移补偿［J］. 光学精密工程， 2014 ， 22 （ 2 ）： 351 - 359 . doi: 10.3788/OPE.20142202.0351 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20142202.0351

WU X X ， LIU J G . Image motion compensation of scroll imaging for space camera based on earth ellipsoid ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2014 ， 22 （ 2 ）： 351 - 359 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20142202.0351 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20142202.0351

王运，颜昌翔 . 基于差分法的空间相机像移速度矢量计算［J］. 光学精密工程， 2011 ， 19 （ 5 ）： 1054 - 1060 . doi: 10.3788/OPE.20111905.1054 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20111905.1054

WANG Y ， YAN C X . Computation of image motion velocity vector for space camera based on difference method ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2011 ， 19 （ 5 ）： 1054 - 1060 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20111905.1054 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20111905.1054

朱军，李永昌，白照广，等 . 低轨高分辨率遥感卫星姿态机动对月定标方法［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 9 ）： 1913 - 1923 . doi: 10.37188/OPE.20202809.1913 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20202809.1913

ZHU J ， LI Y C ， BAI Z G ， et al . Lunar calibration method through attitude maneuver of low-earth-orbit and high-resolution remote sensing satellites ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2020 ， 28 （ 9 ）： 1913 - 1923 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.20202809.1913 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20202809.1913

李晓云，杜伟 . 星载TDICCD相机像移对成像质量的影响分析［J］. 航天器工程， 2011 ， 20 （ 3 ）： 51 - 55 . doi: 10.3969/j.issn.1673-8748.2011.03.008 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1673-8748.2011.03.008

LI X Y ， DU W . Analysis of image motion effect on satellite TDICCD camera image quality ［J］. Spacecraft Engineering ， 2011 ， 20 （ 3 ）： 51 - 55 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1673-8748.2011.03.008 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1673-8748.2011.03.008

王正玺，张葆，李贤涛，等 . 快速反射镜在像移补偿中的应用［J］. 中国光学， 2020 ， 13 （ 1 ）： 95 - 105 . doi: 10.3788/co.20201301.0095 http://dx.doi.org/10.3788/co.20201301.0095

WANG Z X ， ZHANG B ， LI X T ， et al . Application of fast steering mirror in image motion compensation ［J］. Chinese Optics ， 2020 ， 13 （ 1 ）： 95 - 105 . （in Chinese） . doi: 10.3788/co.20201301.0095 http://dx.doi.org/10.3788/co.20201301.0095

王国良，刘金国，龙科慧，等 . 离轴三反航天测绘相机像移对成像质量的影响［J］. 光学精密工程， 2014 ， 22 （ 3 ）： 806 - 813 . doi: 10.3788/OPE.20142203.0806 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20142203.0806

WANG G L ， LIU J G ， LONG K H ， et al . Influence of image motion on image quality of off-axis TMA aerospace mapping camera ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2014 ， 22 （ 3 ）： 806 - 813 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20142203.0806 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20142203.0806

赵嘉鑫，张涛，杨永明，等 . TDI-CCD全景航空相机的像移速度场计算模型研究［J］. 光学学报， 2014 ， 34 （ 7 ）： 0728003 . doi: 10.3788/aos201434.0728003 http://dx.doi.org/10.3788/aos201434.0728003

ZHAO J X ， ZHANG T ， YANG Y M ， et al . Image motion velocity filed of TDI-CCD aerial panoramic camera ［J］. Acta Optica Sinica ， 2014 ， 34 （ 7 ）： 0728003 . （in Chinese） . doi: 10.3788/aos201434.0728003 http://dx.doi.org/10.3788/aos201434.0728003

巫兆聪，杨帆，巫远，等 . 高程对TDICCD相机像移补偿影响分析［J］. 武汉大学学报·信息科学版， 2015 ， 40 （ 12 ）： 1570 - 1574， 1587 . doi: 10.13203/j.whugis20130667 http://dx.doi.org/10.13203/j.whugis20130667

WU Z C ， YANG F ， WU Y ， et al . The influence of elevation on the TDICCD camera's image motion compensation ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2015 ， 40 （ 12 ）： 1570 - 1574， 1587 . （in Chinese） . doi: 10.13203/j.whugis20130667 http://dx.doi.org/10.13203/j.whugis20130667

任秉文，金光，张元，等 . 畸变对TDI成像相机的像移影响研究［J］. 红外与激光工程， 2014 ， 43 （ 12 ）： 3951 - 3957 . doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2014.12.019 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1007-2276.2014.12.019

REN B W ， JIN G ， ZHANG Y ， et al . Influence of image motion on TDI imaging camera by distortion effect ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2014 ， 43 （ 12 ）： 3951 - 3957 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2014.12.019 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1007-2276.2014.12.019

徐力智，颜昌翔，李颐，等 . 航空摆扫成像像移计算与误差分配［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 10 ）： 2071 - 2079 . doi: 10.3788/OPE.20192710.2071 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20192710.2071

XU L Z ， YAN C X ， LI Y ， et al . Image motion calculation and error distribution for aerial whisk-broom imaging ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2019 ， 27 （ 10 ）： 2071 - 2079 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20192710.2071 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20192710.2071

闫得杰，徐抒岩，韩诚山 . 飞行器姿态对空间相机像移补偿的影响［J］. 光学精密工程， 2008 ， 16 （ 11 ）： 2199 - 2203 . doi: 10.3321/j.issn:1004-924X.2008.11.026 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1004-924X.2008.11.026

YAN D J ， XU S Y ， HAN C S . Effect of aerocraft attitude on image motion compensation of space camera ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2008 ， 16 （ 11 ）： 2199 - 2203 . （in Chinese） . doi: 10.3321/j.issn:1004-924X.2008.11.026 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1004-924X.2008.11.026

赵庆磊 . 空间相机主控系统的控制策略研究［D］. 北京：中国科学院大学， 2016 . doi: 10.1109/ccdc.2016.7531453 http://dx.doi.org/10.1109/ccdc.2016.7531453

ZHAO Q L . The Control Strategy Research of Main Control System on Space Camera ［D］. Beijing ： University of Chinese Academy of Sciences ， 2016 . （in Chinese） . doi: 10.1109/ccdc.2016.7531453 http://dx.doi.org/10.1109/ccdc.2016.7531453

王家骐 . 光学仪器总体设计［M］. 长春：长春光学精密机械与物理研究所研究生部教材， 1998 .

WANG J Q . Optical Instrument Collectivity Design ［M］. Changchun： Teaching Material of Depatment of Graduate of Changchun Institute of Optics， Fine Nechanics and Physics ， 1998 . （in Chinese）

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