航天相机环扫成像模式设计

宋明珠; 曲宏松; 张贵祥; 金光

doi:10.3788/IRLA201847.0718001

航天相机环扫成像模式设计

doi: 10.3788/IRLA201847.0718001

1.
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所小卫星技术国家地方联合工程研究中心,吉林长春 130033;
2.
中国科学院大学,北京 100049

基金项目:

科技部重点专项（2016YFB0501202）;吉林省科技发展计划（20170101164JC）

详细信息

作者简介:
宋明珠(1992-),女,博士生,主要从事光电成像方面的研究。Email:songmingzhu14@mails.ucas.ac.cn

中图分类号: TP701

Design of aerospace camera circular scanning imaging model

1.
National & Local United Engineering Research Center of Small Satellite Technology,Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;
2.
University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

摘要: 为了满足敏捷卫星广域搜索需求，设计了航天相机环扫成像模式。建立环扫成像模型，通过对环扫成像原理的分析，设计了成像的最优地面轨迹，并分析了此时临界卫星旋转速度与轨道速度、环扫临界系数、帧间重叠率的关系；同时基于地面轨迹设计了确定曝光时间、帧频等成像参数解算方案。通过Satellite Tool Kit（STK）软件对成像模型进行仿真，并对成像几何参数进行分析，结果表明：在轨道高度H为500 km，像素尺寸a为4 m，焦距f为1 m，轴向像元数M为50 000时，随着相机倾角的增加，地面像元分辨率与幅宽逐渐增大；等于10、20、30、40时，地面幅宽分别提升为星下点成像时的1.96、3.10、4.58、6.85倍。
- 成像模式 /
- 环扫 /
- 几何参数 /
- 地面轨迹
Abstract: In order to meet the needs of wide area search using agile satellite, the aerospace camera circular scanning imaging model was designed. Based on analyzing the principle of the circular scanning imaging, the optimal ground track was designed and the relationship between the critical spin speed of the satellite and the orbital velocity, the critical circular scanning coefficient, the overlap rate was analyzed, the circular scanning model was established. At the same time, the exposure time, frame rate and other imaging parameters were determined based on the ground track design. The imaging model by STK software was simulated, and the imaging geometric parameters were analyzed. The result shows that when the orbital height H is 500 km, the pixel size a is 4 m, the focal length f is 1 m and the axial pixel number M is 50 000, the ground sample distance and swath width increase gradually with the increase of the camera inclination , when equals to 10, 20, 30, 40, the swath width raises to 1.96, 3.10, 4.58, 6.85 times compared with nadir imaging.
- imaging model /
- circular scanning /
- geometric parameters /
- ground track

[1]	Yang Xiubin, Jiang Li, Jin Guang. Design and analysis of CMOS camera based on TDI in digital domain to realize high-resolution staring imaging[J]. Acta Optica Sinica, 2012, 32(9):0911004. (in Chinese)杨秀彬, 姜丽, 金光. 数字域时间延迟积分时间CMOS相机高分凝视成像设计分析[J]. 光学学报, 2012, 32(9):0911004.
[2]	Cheng Shaoyuan, Zhang Li, Gao Weijun, et al. Geometric parameters analysis of large FOV space camera when rolling[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(6):1872-1877. (in Chinese)程少园, 张丽, 高卫军, 等. 大视场空间相机侧摆成像时几何参数分析[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(6):1872-1877.
[3]	Yang Xiubin, Jiang Li, Wang Min, et al. Design of pendulum imaging along the track with high resolution CMOS camera[J]. Acta Optica Sinica, 2017, 37(7):0711002. (in Chinese)杨秀彬, 姜丽, 王旻, 等. 高分CMOS相机垂轨引导式凝视搜索成像设计[J]. 光学学报, 2017, 37(7):0711002.
[4]	Zhang Dengyi, Guo Lei, Wang Qian, et al. An improved single orbit scheduling method for agile imaging satellite towards area target[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2014, 38(8):901-905. (in Chinese)章登义, 郭雷, 王骞, 等. 一种面向区域目标的敏捷成像卫星单轨调度方法[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2014, 38(8):901-905.
[5]	Yu Jing, Xi Jinjun, Yu Longjiang, et al. Study of one orbit multi stripes splicing imaging for agile satellite[J]. Spacecraft Engineering, 2015, 24(2):27-34. (in Chinese)余婧, 喜进军, 于龙江, 等. 敏捷卫星同轨多条带拼幅成像模式研究[J]. 航天器工程, 2015, 24(2):27-34.
[6]	Wang Yamin, Yang Xiubin, Jin Guang, et al. Design of pendulum type searching imaging along the track long strip with high resolution CMOS camera[J]. Acta Photonica Sinica, 2017, 46(3):0311002. (in Chinese)王亚敏, 杨秀彬, 金光, 等. 高分CMOS相机沿轨长条带钟摆式搜索成像设计[J]. 光子学报, 2017, 46(3):0311002-1-0311002-10.
[7]	Nadoushan Mahid Jafari, Assadian Nima. Repeat ground track orbit design with desires revisit time and optimal tilt[J]. Aerospace Science Technology, 2015, 40:200-208.
[8]	Yang Bo, Wang Mi, Jin Shuying, et al. An optimal imaging scheduling algorithm for the multi strip imaging mode of the high resolution agile satellites based on certain step size search[J]. International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 2012, XXXIX-B1:339-343.
[9]	Kim Seyoung, Sung Jinbong, Yi Dongwoo, et al. Design technique for wide swath SAR TOPS imaging mode[J]. J of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, 2015, 43(5):466-471.
[10]	Wang Jiaqi, Yu Ping, Yan Changxiang, et al. Space optical remote sensor image motion velocity vector computational modeling[J]. Acta Optica Sinica, 2004, 24(12):1585-1589. (in Chinese)王家琪, 于平, 颜昌翔, 等. 航天光学遥感器像移速度矢计算数学模型[J]. 光学学报, 2004, 24(12):1585-1589.
[11]	Yan Changxiang, Wang Jiaqi. Method of coordinate tran1sformation for IMIMC calculation in aerospace camera system[J]. Optics and Precision Engineering, 2000, 8(3):203-207. (in Chinese)颜昌翔, 王家琪. 航相机像移补偿计算的坐标变换方法[J].光学精密工程, 2000, 8(3):203-207.

[1]	张沛东, 刘巍, 王文琪, 司立坤, 张洋, 周孟德. 基于聚焦深度法的刀具几何参数三维测量方法 . 红外与激光工程, 2023, 52(4): 20220686-1-20220686-10. doi: 10.3788/IRLA20220686
[2]	张靖鹏, 陈起行, 王妍卉, 董磊, 郑珍珍, 张文鑫. 天基逆合成孔径激光雷达LEO目标成像模式设计 . 红外与激光工程, 2023, 52(5): 20220679-1-20220679-10. doi: 10.3788/IRLA20220679
[3]	隋钧铖, 任登凤, 韩玉阁. 地面目标红外建模缺失参数反演与模型验证方法 . 红外与激光工程, 2022, 51(10): 20220033-1-20220033-12. doi: 10.3788/IRLA20220033
[4]	尚超, 陈宝国. 弹载大视场红外线扫图像几何畸变仿真研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(2): 0204002-0204002. doi: 10.3788/IRLA202049.0204002
[5]	李丁, 马慧娟, 茹宁, 王宇. 拉曼激光光学锁相环参数设计及仿真 . 红外与激光工程, 2018, 47(4): 406007-0406007(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0406007
[6]	袁海璐, 查冰婷, 张合. 几何截断定距激光引信系统参数优化 . 红外与激光工程, 2018, 47(8): 806001-0806001(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0806001
[7]	李国元, 唐新明, 樊文锋, 窦显辉, 马跃. 基于地面红外探测器的星载激光测高仪在轨几何定标 . 红外与激光工程, 2017, 46(11): 1117004-1117004(7). doi: 10.3788/IRLA201746.1117004
[8]	朱铁柱, 莫太山, 叶甜春. 双环功率控制的突发模式激光驱动器 . 红外与激光工程, 2017, 46(2): 205001-0205001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0205001
[9]	叶思熔, 江万寿, 李金龙, 刘晓波. 某大视场机载摆扫红外扫描仪几何成像仿真与误差分析 . 红外与激光工程, 2017, 46(4): 420005-0420005(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0420005
[10]	贤光, 颜昌翔. 姿态变化对航空推扫式成像的影响分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(8): 2478-2483.
[11]	安盼龙, 赵瑞娟, 刘争光, 张旭峰, 李亦军. 激光线性扫频法快速标定法布里-珀罗标准具参数 . 红外与激光工程, 2015, 44(11): 3418-3423.
[12]	程少园, 张丽, 高卫军, 王劲强. 大视场空间相机侧摆成像时几何参数分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(6): 1872-1877.
[13]	潘雪涛, 高晓俭, 谷牧, 孟飞, 蔡建文. 接触线几何参数CCD交汇测量分辨率及精度分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3627-3632.
[14]	石轶, 刘常杰, 郭寅, 叶声华, 石松. 基于双目视觉的接触网几何参数测量系统 . 红外与激光工程, 2014, 43(6): 1936-1942.
[15]	潘雪涛, 屠大维, 邬华芝. 基于能量中心的电力机车接触导线几何参数视觉检测方法 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 4105-4110.
[16]	廖育富, 钟建勇, 陈栋. 基于星点质心运动轨迹模糊星图退化参数估计 . 红外与激光工程, 2014, 43(9): 3162-3167.
[17]	刘子寒, 季轶群, 石荣宝, 陈宇恒, 沈为民. 机载红外推扫成像光谱仪光学设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(9): 2941-2946.
[18]	马文坡. 中波红外与长波红外推扫成像性能分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 3861-3865.
[19]	王书民, 张爱武, 胡少兴, 孙卫东, 孟宪刚, 赵文吉. 线推扫式高光谱相机侧扫成像几何校正 . 红外与激光工程, 2014, 43(2): 579-585.
[20]	张俊, 闫镔, 李磊, 闫培, 陆利忠, 张峰, 魏星. 采用高频能量的CT几何参数自标定方法 . 红外与激光工程, 2013, 42(9): 2540-2546.

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航天相机环扫成像模式设计

doi: 10.3788/IRLA201847.0718001

作者简介:
宋明珠(1992-),女,博士生,主要从事光电成像方面的研究。Email:songmingzhu14@mails.ucas.ac.cn

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doi: 10.3788/IRLA201847.0718001

1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所小卫星技术国家地方联合工程研究中心,吉林长春 130033;

2. 中国科学院大学,北京 100049

作者简介:
宋明珠(1992-),女,博士生,主要从事光电成像方面的研究。Email:songmingzhu14@mails.ucas.ac.cn

English Abstract

Design of aerospace camera circular scanning imaging model

1. National & Local United Engineering Research Center of Small Satellite Technology,Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;

2. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

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作者简介: 宋明珠(1992-),女,博士生,主要从事光电成像方面的研究。Email:songmingzhu14@mails.ucas.ac.cn

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doi: 10.3788/IRLA201847.0718001

1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 小卫星技术国家地方联合工程研究中心,吉林 长春 130033; 2. 中国科学院大学,北京 100049

作者简介: 宋明珠(1992-),女,博士生,主要从事光电成像方面的研究。Email:songmingzhu14@mails.ucas.ac.cn

English Abstract

Design of aerospace camera circular scanning imaging model

1. National & Local United Engineering Research Center of Small Satellite Technology,Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China; 2. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

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作者简介:
宋明珠(1992-),女,博士生,主要从事光电成像方面的研究。Email:songmingzhu14@mails.ucas.ac.cn

1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所小卫星技术国家地方联合工程研究中心,吉林长春 130033;

2. 中国科学院大学,北京 100049

作者简介:
宋明珠(1992-),女,博士生,主要从事光电成像方面的研究。Email:songmingzhu14@mails.ucas.ac.cn

1. National & Local United Engineering Research Center of Small Satellite Technology,Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;

2. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China