[发明专利]光学环扫超宽幅成像模式设计方法

权利要求书

1.光学环扫超宽幅成像模式设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、根据卫星的轨道高度、任务对成像幅宽的需求以及相机的视场角大小，设计相机光轴与整星对地轴之间的夹角γ；

步骤二、根据步骤一设计的γ值以及相邻两圈环扫条带间最小重叠率要求，设计快旋模式下卫星的自旋角速度ω_fast和自旋周期T_fast，若ω_fast能够使相机有足够的曝光时间和积分时间来进行高分辨率成像，则进行步骤三；若ω_fast偏大以致相机无法进行清晰的成像，则进行步骤四；

步骤三、为了减少环扫条带之间的重叠面积，设计一个快旋周期T_fast内相机的开关机时刻t_on、t_off，即为满足设计要求的光学环扫超宽幅成像模式；

步骤四、根据步骤一设计的γ值以及相邻两圈环扫条带间最小重叠率要求，设计慢旋模式下卫星的自旋角速度ω_slow和自选周期T_slow；

步骤五、设计一个慢旋周期T_slow内相机的开关机时刻t_on1、t_off1、t_on2、t_off2；

步骤六、设计变转速自旋模式，在该模式下的每一个自旋周期内，相机开机时卫星的自旋角速度等于慢旋模式下的卫星自旋角速度ω_slow，相机关机时卫星快速自旋从而使得自旋周期等于快旋模式的自旋周期T_fast，设计该模式下相机的开机时刻的相位角θ₀以及开机时长τ₁；

步骤七、设计变转速自旋模式下相机关机时的卫星自旋角速度方程，若卫星的姿态控制系统能够稳定地跟踪控制该模式设计的自旋角速度方程，则该步骤设计的变转速自旋模式即为满足设计要求的光学环扫超宽幅成像模式；如果卫星的姿态控制系统不足以稳定地跟踪控制该模式设计的自旋角速度方程，则步骤五设计的慢旋模式即为满足设计要求的光学环扫超宽幅成像模式。

2.根据权利要求1所述的光学环扫超宽幅成像模式设计方法，其特征在于，在步骤一中，相机光轴与整星对地轴之间的夹角γ通过以下正弦定理方程迭代求解：

其中，为地球半径，H为轨道高度，r₁为任务要求幅宽的一半，即环扫条带外半径，α为相机的一个半视场角。

3.根据权利要求1所述的光学环扫超宽幅成像模式设计方法，其特征在于，在步骤二中，首先定义近似的卫星星下点移动速度如下：

其中，T_orbit为卫星轨道周期，则快旋模式下卫星的自旋角速度ω_fast和自旋周期T_fast分别通过如下方程进行计算：

其中，r₂为环扫条带内半径，为相邻两圈环扫条带的最小重叠率。

4.根据权利要求1所述的光学环扫超宽幅成像模式设计方法，其特征在于，在步骤三中，定义环扫条带的0相位角，第j圈相机的理论开机时刻和理论关机时刻通过如下方程迭代求解：

设第j圈0相位角时刻为令考虑到实际的控制误差和星下点速度偏差，为了确保拼接的完整性，则相机在一个快旋周期T_fast内的开机时刻t_on应略提前于理论值t′_on，关机时刻t_off应略晚于理论值t′_off。

5.根据权利要求1所述的光学环扫超宽幅成像模式设计方法，其特征在于，在步骤四中，慢旋模式下卫星的自旋角速度ω_slow和自选周期T_slow分别通过如下方程进行计算：

式中，为相邻两圈环扫条带的最大漏缝率。