敏捷衛(wèi)星像移補(bǔ)償殘差計(jì)算及對(duì)成像影響分析

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1、V01．22No．412航天器工程SPACECRAFTENGINEERING第22卷第4期2013年8月敏捷衛(wèi)星像移補(bǔ)償殘差計(jì)算及對(duì)成像影響分析謝少波秦冉冉(上海衛(wèi)星工程研究所，上海200240)摘要通過(guò)分析敏捷衛(wèi)星相機(jī)像移模糊機(jī)理，計(jì)算了對(duì)偏流角和行頻像移補(bǔ)償后的殘差，并對(duì)其引起調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)的下降進(jìn)行了仿真計(jì)算。結(jié)果表明，敏捷光學(xué)成像衛(wèi)星相機(jī)設(shè)計(jì)中行頻控制殘差對(duì)成像質(zhì)量的影響不容忽視，宜選用像元數(shù)少的時(shí)間延遲積分電荷耦合器件(TDIC—CD)予以解決。文章的研究結(jié)果對(duì)敏捷衛(wèi)星的總體指標(biāo)設(shè)計(jì)具

2、有參考價(jià)值。關(guān)鍵詞敏捷衛(wèi)星；像移；殘差；調(diào)制傳遞函數(shù)中圖分類(lèi)號(hào)：V443．5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2013．04．003AnalysisonResidueofImageShiftCompensationandItsEffectsonImagineforAgileSatelliteXIEShaoboQINRanran(ShanghaiInstituteofSatelliteEngineering，Shanghai200240，China)Abstract：

3、Themismatchofthebias—angleandthelinerateisanalyzedforanagilesatellite，thispaperalsocalculatestheMTFdegradationcausedbythecompensationresidueoftheimageshift．TheresultsshowthattheMTFdegradationcausedbyresidueoflinerateshouldnotbeigoredandwecanselectlesspix

4、elsTDICCDtosolvethisproblem．Theanalyticmethodandresultinthispaperprovideananalyticbasisforsettingreasonablespecificationsofagileimagingsatellite．Keywords：agilesatellite；imageshift；compensationresidue；modulationtransferfunction(MTF)1引言敏捷光學(xué)成像衛(wèi)星是空間成像衛(wèi)星中的一個(gè)重

5、要發(fā)展方向，敏捷光學(xué)成像衛(wèi)星的特點(diǎn)能夠在平飛的基礎(chǔ)上，快速實(shí)現(xiàn)俯仰機(jī)動(dòng)、滾動(dòng)機(jī)動(dòng)以及俯仰加滾動(dòng)同時(shí)機(jī)動(dòng)等各種情況，衛(wèi)星相機(jī)視軸可以靈活調(diào)整對(duì)地指向，因此可以適應(yīng)多種工作模式[1]，與以往一維機(jī)動(dòng)衛(wèi)星不同的是其像移矢量計(jì)算模型更加復(fù)雜，敏捷光學(xué)成像衛(wèi)星利用推掃成像，普遍采用了時(shí)間延遲積分電荷耦合器件(TDICCD)傳感器心]，以獲得較高的圖像信噪比，而TDICCD相機(jī)需對(duì)像移進(jìn)行精細(xì)對(duì)準(zhǔn)匹配才能實(shí)現(xiàn)清晰成像。在工程上，主要采取的是通過(guò)衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)偏流角控制和相機(jī)實(shí)現(xiàn)行頻控制，參考文獻(xiàn)[-33給出了僅在衛(wèi)星平飛

6、星下點(diǎn)成像時(shí)的偏流角計(jì)算模型，參考文獻(xiàn)E4]給出了忽略地球曲率的衛(wèi)星偏流角計(jì)算模型，參考文獻(xiàn)E53給出了敏捷衛(wèi)星僅在光軸上的偏流角計(jì)算模型，而不支持像面其它點(diǎn)的像移計(jì)算，以上均不能滿足像移補(bǔ)償殘差工程計(jì)算需求。未來(lái)敏捷衛(wèi)星的發(fā)展是基于同軸相機(jī)和離軸相機(jī)等多種體制的[6]，對(duì)于像面上軸外像點(diǎn)的像移補(bǔ)償及殘差均需分析和控制，除了偏流角之外行頻也不容忽視。收稿日期：2013—05—09；修回日期：201306—07作者簡(jiǎn)介：謝少波(1977一)，男，高級(jí)工程師，從事光學(xué)衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)工作。Email：xsb78

7、1018@sina．corn。第4期謝少波等：敏捷衛(wèi)星像移補(bǔ)償殘差計(jì)算及對(duì)成像影響分析13本文介紹了像移補(bǔ)償殘差機(jī)理及對(duì)調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)的影響，可以對(duì)相機(jī)光學(xué)視場(chǎng)內(nèi)任意方向上，在衛(wèi)星俯仰加滾動(dòng)同時(shí)機(jī)動(dòng)復(fù)雜姿態(tài)情況下的偏流角和行頻進(jìn)行計(jì)算和殘差分析；結(jié)合具體設(shè)計(jì)案例進(jìn)行了仿真分析，得到了其對(duì)MTF的影響情況。本文的研究結(jié)果，可以對(duì)敏捷衛(wèi)星相機(jī)設(shè)計(jì)及敏捷衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)提供參考。2像移補(bǔ)償殘差機(jī)理及對(duì)MTF的影響衛(wèi)星像移補(bǔ)償殘差主要有偏流角控制殘差和行頻控制殘差，如圖1所示。在工程應(yīng)用中，衛(wèi)星進(jìn)行偏流角補(bǔ)

8、償時(shí)，一般以視軸上的偏流角作為主控偏流角，像面上的其它像點(diǎn)理論偏流角與實(shí)際主控偏流角之間均有一定誤差，這個(gè)誤差就是偏流角控制殘差。另外，工程上衛(wèi)星進(jìn)行行頻控制時(shí)，一般以每片TDICCD為單位進(jìn)行控制，每片TDICCD工作行頻是以其中心像點(diǎn)作為主控行頻進(jìn)行控制，而每片TDICCD行像元數(shù)多達(dá)幾千或者上萬(wàn)個(gè)，每片TDICCD其它像元理論行頻與實(shí)際主控行頻之間存在一定誤差，這個(gè)誤差就是行頻控制殘差。對(duì)于離軸相機(jī)，其視軸與光軸并不重合，這種情況會(huì)使