[发明专利]星载微波遥感仪器结构变形的描述方法

说明书

本发明涉及遥感仪器建模方法技术领域的星载微波遥感仪器结构变形的描述方法，包括以下步骤：步骤一，定义仪器中各独立组件的固连坐标系。步骤二，定义各反射面和馈源的旋转变形参数和位移变形参数。步骤三，从馈源出发，根据光路组件旋转变形参数和位移变形参数，计算相邻光路组件之间的坐标系转换矩阵。步骤四，将坐标系转换矩阵代入光路模型。本发明的星载微波遥感仪器结构变形的描述方法，能够用最少的变形参数，描述含有平面反射面、旋转抛物面反射面、旋转双曲面反射面等多种组件的星载微波遥感仪器的结构变形，有助于后续的星载微波遥感仪器存在结构变形情况下的光路建模。

技术领域

本发明涉及遥感仪器建模方法技术领域，具体涉及一种星载微波遥感仪器结构变形的描述方法。

背景技术

卫星严密成像几何模型的构建是基于遥感仪器成像模型的几何校正方案的核心。卫星平台姿态、轨道位置和热环境、力学环境存在长周期和短周期变化，使得仪器视线偏离标称方向，导致图像像素与地理位置的对应关系产生偏差。

卫星平台的姿态、轨道变化均可精确测量后补偿或校正，而热环境、力学环境等因素引起的卫星平台、仪器在轨变形机理复杂，难以直接精确测量每个组件的变形，且不同组件变形对图像的影响均不一样，因此各国遥感卫星制造商均针对遥感仪器的光路特性设计相应的图像定位配准和补偿方案，包括已经发射入轨的有美国的GOES系列卫星，俄罗斯的Electro-L，日本的Himawari-8，欧洲的第三代气象卫星MTG，我国的资源三号、FY-4等卫星。但是上述卫星基于遥感仪器成像模型的几何校正方案均是针对其光学遥感仪器，不适用于微波遥感仪器。

我国将率先部署的静止轨道微波遥感卫星是全球未来气象预报体系的重要组成部分，其中微波探测仪是主载荷。由于静止轨道微波探测频段向高频扩展，为满足空间分辨率要求，其天线反射面口径远大于常规天线口径，受限于火箭整流罩尺寸，需将天线折叠起来，入轨后再展开部署。展开动作可能造成各反射面的角度和位置偏离标称值。其次，卫星在轨运行时，展开机构的挠性振动导致反射面的角度和位置偏离标称值。与光学遥感卫星不同的是，微波遥感天线兼有平面反射面和曲面反射面。平面反射面的位移不改变光路反射方向，因此光学遥感星不需要对反射面位移误差建模。而曲面反射面位移直接导致光路方向变化，进而改变对地观测视向量指向，因此在微波遥感卫星光路建模中，不可忽略反射面位移误差。最后，相比于光学遥感卫星，微波遥感卫星反射面数量更多，视向量需要经过多重反射后才进入成像系统。

综上各种因素可知，当前考虑仪器变形的基于遥感仪器严密成像模型的几何校正方案适用对象多为光学遥感仪器。而微波遥感仪器比光学遥感仪器的光路建模更加复杂，具有一定特殊性。为实现微波遥感图像的高精度几何校正，首先需针对微波遥感仪器的结构特性建立仪器存在变形情况下的光路模型，而仪器变形的描述方法是该光路模型的一个重要部分。

经对现有技术的检索，J.L.Fiorello等人编写的NOAA研究报告(0989年，编号N90-13422)介绍了图像导航定位概念和原理，提出了通过光学仪器观测恒星获取仪器变形参数的方法，但该方法不适用于微波遥感仪器。

吕旺的博士学位论文《静止气象卫星成像导航配准研究》(2017年)以风云四号辐射成像仪作为研究对象，进行了图像导航配准研究。针对由热环境、应力等因素引起的遥感仪器在轨变形问题，提出双模型建模方法。用物理模型详细描述机械变形对视向量的影响，用等效模型作为补偿算法。但该方法仅对带平面镜扫描反射成像的光学遥感仪器有效。

专利号CN 104764443 A的发明专利《一种光学遥感卫星严密成像几何模型构建方法》介绍了一种利用卫星相机内外方位元素构建光学遥感卫星影像的的严密成像几何模型的方法。但该方法不适用于微波遥感仪器。

张过、祝彦敏、费文波、李德仁在《测绘通报》第五期(2009年)的文章《高分辨SAR-GEC影像严密成像几何模型及其应用研究》中，提出了构建SAR影像GEC 产品严密成像几何模型的方法。但是该方法简化了仪器内部畸变的建模，无法充分描述扫描式微波成像仪器的变形。