[发明专利]空间光学遥感传感器的像移补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种像移补偿方法。

背景技术

空间光学遥感相机具有观察范围大、观测速度快、能进行监测和侦察等特点，成为军事与科学研究卫星的主要载荷之一。采用TDI(Time Delay andIntegration)-CCD(Charge CouTled Device)线阵推扫式相机作为光学遥感传感器，其突出特点是能够利用多级光敏元对运动的同一个目标多次积分，而每个光敏元所获得的较弱信号可叠加为较强的信号输出，从而获得足够的光电灵敏度和信噪比。卫星在轨成像期间，由于地球本身自转和卫星平台稳定度等原因，使得线阵的运动方向和相机实际成像方向并不相同，两者之间的夹角即为偏流角，像在像平面的速度即为像移速度。为保证对目标成像清晰，必须使得积分时间内光生电荷包的转移与焦平面上的像的运动保持同步。因此，需要通过适当的补偿技术来尽量减小偏流角，并且通过调整TDI-CCD线阵的行频来与像移速度大小进行匹配。

像移速度矢量由像移速度大小和偏流角来描述，它具有快速、高效及准确解算的特点，能够为卫星高精度控制提供依据。因此，像移速度矢量是高分辨率清晰成像的重要前提。

像移速度矢量的计算是一项具有实际工程意义的关键技术，现有方法大都是将问题简化后分析的，严重损失计算精度。王家骐等人发表在中国光学快报(英文版)2005，3(7)：414-41上的STace oTtical remote sensor image motion velocityvector comTuta-tional modeling，error budget and synthesis(航天光学遥感器像移速度矢计算数学模型)一文中，从光学成像角度出发，推导了星下点成像时的像移速度矢量计算公式，并给出了侧摆、前后摆成像时的推导思路，但这种将不同工况分别处理的方式无法满足侧摆、前后摆耦合时的复杂成像任务需求。

另外，还有文献采用球面几何法、纯几何法以及运动学法的方式进行推导。其中，采用球面几何法进行推导时，尽管减少了求解的未知数，但求解的过程更加繁琐，并且在考虑地球为椭球时推导复杂；而采用纯几何法或运动学法进行推导时，均只推导了圆地球模型下星下点成像时的公式，虽然得到了较简洁的解析式，可仍有计算结果不准确、适用情况单一、存在奇点等问题。

发明内容

本发明的目的是解决目前用于像移补偿的像移速度矢量的计算方法中存在的无法满足复杂成像任务需要、计算结果不准确的问题，提供了一种空间光学遥感传感器的像移补偿方法。

空间光学遥感传感器的像移补偿方法，它的过程如下：

步骤一、令T表示地面目标，i表示空间光学遥感传感器对地面目标T所成的像，则根据像i与地面目标T之间的位置及矢量关系，建立描述从地面目标T到像i的五个笛卡尔坐标系，所述五个笛卡尔坐标系分别为：地心赤道坐标系、卫星轨道坐标系、卫星本体坐标系、相机坐标系和像平面坐标系；

步骤二、对步骤一建立的五个笛卡尔坐标系进行坐标变换，获得相机坐标系中用于计算地面目标T位置的公式；

步骤三、根据步骤二所获得的用于计算地面目标T位置的公式，并以地面目标T为地球表面一个固定点为约束条件，再结合当前卫星的飞行姿态，计算并获得地面目标T在地心赤道坐标系中的位置矢量；

步骤四、以地面目标T在地心赤道坐标系中的位置矢量作为位置指令，并将相机坐标系中用于计算地面目标T位置的公式转换到像平面坐标系中，得到转换后的公式；

步骤五、对步骤四获得的转换后的公式进行求导计算，得到像移速度矢量计算公式，再将所述位置指令输入到像移速度矢量计算公式中，获得空间光学遥感传感器的像移速度矢量；

步骤六、利用步骤五获得的空间光学遥感传感器的像移速度矢量，对空间光学遥感传感器进行像移补偿。

本发明采用了基于矢量坐标转换的像移速度矢量推导方法，通过矢量坐标变换和求导计算实现了空间光学遥感相机像移速度矢量的解析表达，相比现有技术中的像移速度矢量计算方法，本发明的计算精度更高、计算量更小，并且弥补了适用情况单一、存在奇点以及计算误差大等缺点；本发明由于采用目标在地心赤道惯性坐标系中的位置矢量作为初始值进行推导，相比现有技术的推导方法，本发明的推导过程更为简洁，同时解决了成像目标的定位问题。

附图说明