利用双域推扫成像方法检测对地遥感动目标

针对星载双线阵相机对地运动目标检测中,双线阵系统成本高、时间和空间同步性差、检测精度低的问题,提出了一种基于单面阵CMOS的双域线阵相机推扫成像方法,利用CMOS时间延迟积分(TDI)技术在固定位置间隔开窗,实现双区域推扫成像;针对两路通道数据,进行序贯模式图像采集,形成独立完整的两幅长条带图像;通过建立的双域线阵TDI相机时间与位置函数,检测并分析高速运动目标的运动特性;基于卫星推扫地球成像原理,设计并搭建了一套TDI推扫式成像试验装置,进行了高速运动目标的速度检测。试验结果表明,在CMOS像元分辨率为4096×3072,视场角为16°0'34″,行频为998 Hz,开窗间隔为3056行的情况下,绝对速度误差小于0.445%,像移速度误差为2.323 pixel/s,保证了时空同步性,进而提高检测精度,验证了本文方法的可行性。

高分辨星载海洋微波辐射测量技术发展综述

星载微波辐射计作为海洋观测的一种重要技术手段,能够全天时、全天候对海洋环境参数进行长期连续的观测,具有宽幅、高精度等特点,能够为数值预报、台风监测、防灾减灾等应用提供重要保障。随着海洋应用需求不断提升,星载海洋微波辐射探测技术也向着更高分辨率、更高精度的方向发展。文章对高分辨率海洋微波辐射测量新技术的概念、系统组成以及发展情况进行了介绍,包括基于密集馈源阵列的多波束推扫辐射计、集中式综合孔径辐射计以及分布式综合孔径辐射计。文章结合三种高分辨率微波辐射测量技术的特点和当前技术水平对未来星载海洋微波辐射测量技术的发展思路进行了讨论,对其中的重要的关键技术进行了梳理,并针对不同应用需求给出了发展建议。

国际首颗动目标检测专用卫星的设计与在轨验证

随着卫星技术的快速发展,遥感应用需求由传统的静态观测向动态监测转变。目前支持动目标检测的遥感卫星存在慢速运动目标提取困难、观测范围受限及数据量大不易传输和处理等问题。本文在成像采样模式、数据处理方法、硬件体系结构上提出创新思路:(1)设计了双线阵推扫成像遥感相机,单次成像获取时差可控同谱双条带数据,突破卫星无机动条件下大范围动目标观测难题,形成动态遥感概念中“瞬时变化”信息的获取手段。(2)自主研制配套星上智能处理单元,部署高效数据处理算法,通过高性能硬件加速体系结构设计,形成了动态遥感体系中的即时遥感服务的硬件载体。技术验证样机已经搭载泰景四号01卫星成功发射,使其成为国际首颗动目标检测专用卫星。在轨验证结果表明,该卫星可实现在推扫视场内大范围运动目标检测,对于高铁、车辆和船舶等动目标均有较好的检测效果,并且星上处理单元在时间效率、能耗利用及处理效果方面均满足在轨处理应用需求。相关技术和成果对智能交通、防灾救灾和国家安全等应用领域具有较高的理论价值和现实意义。

一种基于DSM和DOM的地理信息数据采集方法

针对航摄影像立体采集和人工外业测绘等方式的人员投入大、数据采集效率不高问题,本文通过数字正射影像图(DOM)数据、数字表面模型(DSM)数据及DOM数据生产过程中产生的辅助数据进行再利用,探索推扫式数据中高大地物的倒伏特点,解决数据生产过程中产生的投影差问题,形成了一种新的数据采集技术,并通过生产验证。试验结果表明这种方法打破了传统采集方式的束缚,不受软硬件和人员技能的约束,不仅能够实现基本比例尺地形图测绘功能、新型基础测绘地理实体采编功能,还可以实现建模数据采编功能。

敏捷卫星动中成像自主任务规划算法

针对敏捷卫星动中成像(APBI)自主任务规划所涉及的关键算法进行了研究。首先,基于载荷幅宽和卫星轨道设计了区域目标斜条带拼幅成像垂轨条带划分算法;其次,建立了描述观测点位置与成像时间关系的连续可导的斜条带成像轨迹模型,进而推导出了敏捷卫星动中成像的三轴姿态规划算法;再次,为了发挥出卫星的最大机动能力,提出了一种基于六阶多项式姿态机动模型的动中成像任务间最短姿态机动时间求解算法;然后,设计了兼顾观测效率与质量的两级任务优化调度算法,包括基于分支定界算法与两种裁剪枝规则的及早观测搜索和观测队列最佳窗口倒序平移,在最大化观测目标数量的基础上将成像质量调整到最优;最后,在星载处理器上进行了仿真实验,仿真结果证明了本文所提算法的正确性和有效性。

数字微镜器件光谱成像技术进展

数字微镜器件(DMD)作为一种灵活、可编程、可独立寻址的空间光调制器件,广泛地应用于无掩膜光刻、光束整形、全息成像、共焦测量等领域。在光谱成像领域,DMD能够对成像视场进行精细可控的调制,从而代替传统的机械掩膜版和机械扫描结构。综述了近年来DMD在光谱成像领域的研究进展和应用情况,详细论述了基于DMD的编码孔径和推扫式光谱成像系统的光学系统基本结构及工作原理;梳理了基于DMD的光谱成像系统从哈达玛变换光谱成像到推扫式光谱成像的发展脉络;详细介绍了研究人员为克服DMD微镜的衍射以及像面倾斜等像差所做的相关研究工作。最后,总结了基于DMD的光谱成像技术的独特优势,讨论了基于DMD的光谱成像技术未来的发展方向与应用前景。

基于单像素成像的遥感图像分辨率增强模型

目前对地遥感的最主要途径之一便是通过遥感相机获得目标物信息,然而遥感相机的分辨率直接影响成像质量。结合遥感相机的推扫式成像技术,文章提出了一种基于单像素成像的超分辨增强技术模型,该模型能够简化重建过程,其设计目标是基于单像素超分辨的技术手段将航天遥感相机的图像分辨率增强4倍。为了验证该设计思想及其重建效果,文章设置了超分辨增强仿真试验,最终仿真试验结果表明,基于单像素的超分辨模型可以将图像的信噪比提高1.1倍,且重建的图像具有明显的抑制噪声的效果,起到了良好的降噪功能,相较于其他传统图像分辨率增强方法(如双三次内插、超深超分辨神经网络)具有更高的优越性。该方法可为地理遥感探测、土地资源探查与管理、气象观测与预测、目标毁伤情况实时评估等诸多领域的图像处理和应用提供有力支持。

光学卫星等比降地速的地影区主动推扫姿态规划

针对光学推扫卫星在地影区进行夜间推扫成像时,卫星相机成像区域地速过快导致传感器积分时间不足而难以获取高质量夜间影像的情况,设计了一种卫星等比降地速主动推扫的姿态规划方法。首先,根据卫星推扫成像任务的机动时间、成像起始时刻与降速比例等参数计算出卫星等比降地速成像时的等效轨道初始位置;其次,根据卫星等效轨道初始位置与卫星侧摆角,通过轨道递推计算出卫星光轴实时指向的地面目标点坐标;然后,根据卫星实际的轨道位置与姿态解算出卫星指向地面目标点的实时期望姿态;最后,基于吉林一号高分04A卫星的参数对所设计方法进行数值仿真与在轨试验,结果表明了所提出的方法具有可行性与有效性。

卫星振动对成像质量影响的仿真分析

分析了在空间环境条件下摄影时 ,不同振动模型对卫星上推扫型 CCD相机成像质量的影响结果。重点分析了三个方向的振动对相机成像质量的影响。对为了验证仿真分析的结果 ,建立了一套地面仿真系统。它能模拟产生各种频率和不同量级振幅 ,具有采集和处理相机图象数据的能力。系统用图像调制传递函数 MTF作为系统评价指标。经过分析、计算和试验 ,证明所推出的公式和建立的物理仿真系统可以用于航天光学遥感器的成像质量预估和评价 ,并可用于对其它遥感器的分析。

推扫型TDI CCD光学遥感器动态成像研究

针对基于推扫技术的TDI CCD空间光学遥感器动态成像试验,研制了一套检测系统。在系统中,设计了模拟卫星推扫的双支承U型结构精密转台。搭载遥感器,以角速度0.555°/s在±5°的范围内转动时,转台稳速控制精度达到0.3%。设计了一种奈奎斯特频率靶标,在每组矩形垂直靶条间加入公差为a/n的等差级数间隔靶条,解决了遥感器推扫时CCD像元与垂直靶条像匹配不确定性问题,使配准简化,提高了测量结果的准确性。试验结果表明:遥感器获得了垂直、水平及45°方向的0视场,±0.86视场奈奎斯特频率靶条像,验证了采用推扫技术的TDI CCD遥感器所具有的高品质。

推扫式航空遥感器像移补偿精度的分析

为分析飞行器的速度、航高、姿态角与姿态变化对推扫式航空遥感器成像质量的影响，采用光线矢量与光轴旋转变换相结合的方法建立了系统的像移模型，计算遥感器像移补偿的精度。分析了平移与旋转运动所引起像移的特点，通过运动的分解建立了推扫式航空遥感器的像移模型；以两组工作参数为条件，分析速高比、姿态角与姿态变化对像移的影响，并提出相应的像移补偿方法。应用蒙特卡罗法，依据与模型相关变量的误差分配，计算推扫式航空遥感器像移补偿的精度。在满足表3的误差要求，速高比为0．3～0．5（1／s），TDI基数不超过32级的情况下，像移补偿残差的3σ值为16μm，达到了遥感器的指标要求。

线阵推扫式影像近似几何校正算法的精度比较

线阵推扫式影像严格几何校正需要轨道星历参数和传感器参数 ,但在实际应用中有时无法得到这些数据 ,此时一般采用直接线性变换、一般多项式、改进多项式、有理函数等模型进行近似几何校正。在简要介绍了几种近似算法的数学模型后 ,重点讨论了利用SPOT和IKONOS图像所进行的各种实验分析和精度比较。结果表明 :有理函数模型精度最高 ,可达到子像素级 ;直接线性变换模型的精度在控制点分布状态良好时可达到 2个像素 ;一般多项式模型的精度 ,对于平坦地区的影像大约在 1个像素左右 ,但受地形起伏的影响较大 ;改进多项式模型的精度随多项式的阶数变化而变化 ,几乎不受地形起伏的影响 ,选择适当阶数的改进多项式模型可以获得较高的几何校正精度。此外 ,在选择某一种方法进行线阵推扫式影像近似几何校正的时候 ,还应该综合考虑精度、算法复杂性、对已知数据的要求等多种因素。实验表明 :对于线阵推扫式影像的近似几何校正 ,改进多项式模型精度较高、计算量较小、对控制点要求较低 。

线阵推扫影像的核线模型研究

通过对线阵CCD推扫式影像和框幅式中心投影影像的核线理论的对比研究 ,建立了线阵CCD推扫式影像的核线理论 ,并探讨了它的基本特性 。

星上多通道遥感图像的实时合成压缩

针对星上图像整合电路工作频率过高而造成的成像系统工作不稳定的问题,讨论了相机结构的改进,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)平台实现星上时间延迟积分CCD(TDICCD)遥感图像实时合成压缩的方法。介绍了星上多通道遥感图像实时合成压缩的原理。针对TDICCD线阵推扫成像模式的特点,使用改进的JPEG-LS压缩算法;通过自适应量化动态地控制码率,在FPGA硬件平台上实现了图像数据的实时合成压缩。试验验证结果表明,在无损压缩和2倍压缩时,系统主时钟从原来的100MHz分别降低为80MHz和64MHz,整合电路的工作稳定,恢复图像的峰值信噪比(PSNR)满足大于80dB的要求。提出算法的存储量小,处理每行的平均时间为57.5μs,小于相机的最小行周期63μs,满足实时性要求。本文系统可靠性高,算法稳定,实现了星上多通道时间延迟积分CCD相机内部的实时合成压缩。

利用CCD拼接实现推扫式遥感相机的自动调焦

根据空间推扫式遥感相机CCD的拼接结构,提出了利用CCD重叠区域的图像指导自动调焦的方法。首先,介绍了空间推扫式遥感相机的CCD拼接结构;根据推扫式成像的特点,利用具有并行处理数据能力的现场可编程门阵列(FPGA)同时接收多个CCD重叠成像区域的图像数据,并计算图像质量评价值。然后,选取图像质量评价值最大的3个重叠区域作为表决调焦方向的依据。最后,通过实验分析说明了本方法的可行性。试验中,相机的推扫频率为10kHz时,调焦一步的时间为0.2s,表明本文的调焦方法具有较好的实时性。提出的方法为空间推扫式遥感相机的在轨自动调焦提供了可行依据。

TDI CCD交错拼接推扫相机严格几何模型构建与优化

时间延迟积分电荷耦合器件(TDI CCD)交错拼接推扫相机,是指焦平面上交错成两行排列多个TDI CCD阵列,并采用推扫成像方式的光学相机。为兼顾空间分辨率与地面覆盖宽度,当前较多的高分辨率光学遥感卫星都搭载了此类相机。本文总结了此类相机的成像原理和特点,基于成像瞬间多片CCD共享一套外方位元素的特点构建了该类相机的"整体几何模型"。针对定位过程中的外部误差和内部误差,基于整体几何模型设计了相应的内外误差补偿方案,对该类相机几何模型的优化进行了研究。以8片TDI CCD交错拼接的天绘一号(TH-1)卫星高分相机原始影像为试验数据设计了多组试验对本文方法进行验证。结果表明:本文的整体几何模型可严格描述该类相机的原始几何物像关系;仅进行外部误差补偿时,影像定位精度显著提升,但各分片CCD影像残留有不同的系统误差;仅进行内部误差补偿时,影像定位精度没有显著提升,但各分片CCD影像定位精度的一致性得到明显改善;对内部、外部误差均补偿后,影像在X、Y、Z方向的定位精度皆优于2m,且各分片CCD影像定位精度具备一致性;将计算出的内部误差补偿参数应用于成像时间间隔22d的其他多景影像时仍达到了同样的定位精度。

线阵推扫式激光成像引信探测技术

针对环视扫描式激光成像引信探测存在着需要光机扫描和较高的激光脉冲重复频率等问题,提出了一种线阵推扫式激光成像引信探测模式并分析了其探测机理。以对坦克目标探测为例,设计了线阵推扫式激光成像引信探测系统,该探测系统采用线阵半导体激光器阵列发射脉冲激光,线阵光电探测器阵列并行接收来实现一维扫描,弹的飞行实现另一维扫描,在获取目标距离信息基础上进行成像。在对阵列单元激光脚印尺寸大小计算的基础上,确定了该探测系统的基本参数包括所需线阵元数、生成图像大小、半导体激光器阵列的脉冲重复频率和峰值功率等,为系统的工程实现提供了理论依据和设计指导。

无地面控制点卫星摄影测量高程误差估算

本文推导了星载测定外方位元素参与下,无地面控制点卫星摄影测量高程误差估算公式。分别按姿态变化率为1 0 -6°/s的二线阵CCD推扫式影像、姿态变化率低于1 0 -6°/s的二线阵CCD推扫式影像以及LMCCD推扫式影像进行推算。各个估算公式均给出算例,供设计无地面控制卫星摄影测量工程应用。

利用线阵卫星立体像对的平行特性生成核线影像

针对线阵推扫卫星影像的核线特点,研究了基于平行特征的核线影像生成方法。首先将影像分块并利用有理函数模型和投影轨迹法计算核线对,在分析核线斜率及直线拟合误差的基础上研究核线的平行特征,平行性好时旋转核线倾斜角相同的角度生成核线影像,最后以同名点上下视差为标准评价方法的可行性。试验结果表明,基于平行特性直接旋转一定角度的核线影像生成方法虽不具备普遍适用性,但对World View-2卫星4波段多光谱和全色等特定影像是可行的。

线推扫式高光谱相机侧扫成像几何校正

线阵高光谱相机侧扫成像可以有效解决卫星遥感影像无法获取建筑物立面光谱数据等问题。阐述了课题组集成开发的线推扫式高光谱遥感监测系统组成部分及关键技术指标等;根据地面侧扫成像特点,详细推导了适合于线推扫式相机地面侧扫成像几何校正模型;给出了地理参考影像格网划分和重采样方法,并对数据采集过程可能出现的漏采现象提出解决方案。通过大量地面模拟实验,验证了线阵影像几何畸变校正算法的有效性及鲁棒性,为同类产品的地面应用提供参考。