[发明专利]一种TDI CCD相机动态成像的模拟装置

说明书

技术领域

本发明属于航天TDI CCD相机研制与成像仿真实验领域中涉及的装置。

背景技术

空间光学载荷的研究是一项高风险、高投入、高度复杂而又高精度的系统工程，为保证空间光学载荷成像性能，必须在地面进行深入可靠的理论研究及物理仿真验证实验。现阶段，国内对于高分辨率航天光学相机的物理成像仿真研究几乎为零，没有实时成像仿真手段。经查，目前国内与TDI CCD相关的发明专利审请仅有三例：1、一种TDI CCD器件的模拟装置；2、一种TDI CCD器件的光电转换模拟装置及方法；3、航天光学遥感器成像电路的仿真测试方法。以上申请均是仅对于TDI CCD器件及其处理电路的模拟，没有对整个航天TDICCD成像系统的动态成像仿真发明的记载。

利用置于卫星姿态控制三轴气浮仿真台上的面阵CCD相机实现对TDI CCD相机进行动态成像并存储实时的姿态角信息，使用得到的不同卫星姿态角误差、姿态角速度误差及像移速度匹配误差时TDICCD的成像结果，可为TDI CCD相机成像模型建立理论的修正和相机研制参数的确定提供物理仿真实验基础，从而可以缩短设备的研制周期，并避免了调试阶段TDI CCD器件可能发生损坏的现象。

发明内容

为验证航天TDI CCD的成像像移模型建立方法的正确性，修正航天TDI CCD相机研制允许的工程误差参数值，利用置于卫星姿态控制仿真实验三轴气浮台上带有无线网络功能的面阵CCD相机和自研的推扫成像软件，发明了一种TDI CCD相机动态成像的模拟装置。

本发明要解决的技术问题是：利用面阵CCD相机和卫星姿态控制三轴气浮仿真台，提供一种TDI CCD相机动态成像的模拟装置，为航天TDI CCD的研制提供物理仿真实验平台。

解决技术问题的技术方案如图1所示，包括：配平后的“零重力”卫星姿态控制三轴气浮台21、姿态控制中心计算机1、三轴气浮台姿态测量系统5(含倾角传感器2、磁强计3和光纤陀螺4)、台上通信CAN总线6、台下遥测遥控无线网络节点7、台上遥测遥控无线网络节点8、地面遥测遥控计算机9、飞轮10、面阵CCD相机11、图像采集器12、台上无线图像发送网络节点13、台下无线图像接收网络节点14、地面仿真计算机15、台上姿态数据无线发送蓝牙节点16、台下姿态数据无线接收蓝牙节点17、动态靶标面18、靶标转动电机19和靶标转动减速机构20。

三轴气浮台姿态测量系统5、飞轮10、姿态控制中心计算机1均置于三轴气浮台21上且通过台上通信CAN总线6互联，台下遥测遥控无线网络节点7与置于三轴气浮台21上的姿态控制中心计算机1互联并且与台下接于地面遥测遥控计算机9的台上遥测遥控无线网络节点8构成姿态控制系统无线网桥，台上姿态数据无线发送蓝牙节点16置于三轴气浮台21上与姿态控制中心计算机1互联，并与台下接于地面仿真计算机15上的台下姿态数据无线接收蓝牙节点17构成平台姿态参数无线下传通道，面阵CCD相机11，图像采集器12和台上无线图像发送网络节点13均置于三轴气浮台21上，台上无线图像发送网络节点13与台下接于地面仿真计算机15上的台下无线图像接收网络节点14构成实时图像下传的网桥通道，面阵CCD相机11的视轴与三轴气浮台21的Z轴平行且与动态靶标面18相垂直，靶标转动电机19通过靶标转动减速机构20带动动态靶标面18自上而下匀速运动。

工作原理为：基于配平后的“零重力”三轴气浮台21，姿态控制中心计算机1利用台下遥测遥控无线网络节点7和台上遥测遥控无线网络节点8，从地面遥测遥控计算机9获得或重注姿态控制程序，通过通信CAN总线6从姿态测量系统5实时获得当前气浮台姿态参数，然后通过CAN总线6向姿态控制执行机构飞轮10发送控制指令，进行卫星三轴姿态控制仿真实验，此时为配合实验，动态靶标面18在靶标转动电机19通过靶标转动减速机构20的带动下按理论运行速度转动，当三轴气浮台三轴姿态角及姿态角速度均达到一个较小量时，面阵CCD相机11在具有实时姿态运动的三轴气浮台21上开始对动态靶标面18实时成像，利用图像采集器12并通过无台上无线图像发送网络节点13和台下无线图像接收网络节点14，将实时成像结果下传至地面仿真计算机15，在实时接收每帧图像的同时，地面仿真计算机15通过台上姿态数据无线发送蓝牙节点16和台下姿态数据无线接收蓝牙节点17实时接收并存储相应的姿态角信息，地面仿真计算机15使用下传的图像，利用线阵推扫处理算法，可实现对不同级数TDI CCD相机动态成像模拟。