一种实时测量卫星运动像移的新方法

    1 引言

    航天相机在成像过程中,始终处于运动状态,在一定的曝光时间内,被摄目标影像与探测器之间存在相对运动,即相对的影像运动,我们称之为像移。对于传输型遥感卫星,光学有效载荷比较多地采用线阵CCD,利用卫星平台的运动推扫成像(Pushb-room)。由于推扫式成像具有探测器积分时间较长、高的灵敏度、没有活动部件、自身转动惯量小、对平台姿态影响小等优点,使得线阵CCD推扫式成像系统得到了广泛的应用。

    随着照相要求分辨率愈来愈高,对像移补偿的要求也越来越高。这就要求我们对产生像移的诸因素考虑得更加全面,也就是对影响像移的诸因素的测量精度和像移的计算模型要更精确。焦距很长后,推扫式CCD相机对所在平台的姿态稳定度(姿态角速率)的限制愈来愈高,或者说姿态角速率也是引起像移的一个很重要的组成部分,成为像移补偿必须考虑的因素之一。甚至对一些较高频率的振动、抖动也应采取必要的有效措施加以抑制。

    航天光学成像系统产生像移的因素很多,分析起来也很复杂。大致可以分为两大类:即系统像移和非系统像移,系统像移指光学系统本身由于安装误差、非线性等固定偏差产生的像移。非系统像移指卫星姿态角变化,轨道速高比的变化,地球自转,星上活动部件颤振等因素引起的像移。要综合考虑这些因素的影响,通过建模的方法计算得出像移是非常复杂和繁琐的,从某种程度上说是不可能的。

    为了克服相机在摄像时,由于卫星轨道摄动、姿态漂移、星上部件颤振造成的像移影响,可以实时记录照相时被摄景物在像平面上的运动情况,采取一定的像移补偿方法,而补偿的前提条件就是要得到卫星运动在焦平面上的精确像移。文章介绍一种新的方法来测量像移,可以实时测量出由于轨道速高比变化、姿态漂移、活动部件颤振等造成的图像在焦平面上的像移量。

    2 新的像移实时测量方法

    欧空局K1Janschek等人提出了一种新的测量方法。在焦平面上放置两个小的面阵CCD,在线阵CCD成像的同时,面阵CCD得到的图像经过联合变换光学相关器(Joint Transform Optical Correlator,简称JTC)快速计算出像移量。这种方法在星上实时测量出像移,和图像数据一起传回地面,在地面经过图像处理校正图像。此方法具有得出的像移量精确、可以在星上实时实现、依赖卫星的其它参数少,经过地面图像校正后得出的图像质量高等优点。整个成像系统的示意图如图1所示:

    2.1 面阵CCD的安装方法

    在焦平面上,与线阵CCD平行地放置两个面阵CCD。在线阵CCD两次成像时,面阵CCD得到两幅有重叠的图像,通过联合变换光学相关器,快速计算得出两幅图像之间的像移量。由于线阵CCD与面阵CCD处在同一个焦平面上,面阵CCD测出来的像移通过简单的算法就可以计算出线阵CCD每个像元在成像期间的像移。面阵CCD与线阵CCD的安放方法如图2所示。