CE-1立体相机影像与激光高度计数据不一致性分析

直接利用CE-1激光高度计测高数据制作月球表面模型,分辨率、精度都较低。利用激光测高数据改善三线阵CCD数据立体定位精度是一种有效方法。通过计算立体影像外定向参数、激光脚印(footprint)月固坐标,基于物方空间到像方空间的快速反投影算法,分析研究立体影像与激光高度计数据不一致性,目的是为后续CE-1探月三线阵影像数据与激光测高数据联合平差处理提供相对基准控制。通过不一致性分析试验,得到一些有益的结论,这些分析结果有望在下一步联合平差处理中获得应用。

三线阵立体测绘相机热控系统的设计

为了保证测绘相机的正常工作和测绘精度,针对测绘相机的特点设计了热控系统,并对该系统进行了热平衡试验验证。首先,对测绘相机所处的热环境进行了分析,对测绘相机窗口的外热流进行了计算。然后,对测绘相机的各个部分进行了热设计;采用被动热控措施控制相机的温度水平,降低测绘相机系统对外部热环境变化的灵敏度;采取主动热控措施进行温差补偿,减小相机的轴向和对径温差。最后,根据测绘相机的热环境和各种工作模式设计了3种极端试验工况,进行了热平衡试验。试验结果表明,在热控系统工作的情况下,测绘相机系统在各种工况下温度波动在(18±2)℃之内,且轴向温差<4℃,径向温差<0.5℃,测绘基座的温度在(18±3)℃之内。得到的结果能够满足测绘相机系统的需求。

线阵-面阵CCD三线阵立体测绘相机焦平面组件的研制

介绍了线阵-面阵CCD(LMCCD)制式相机的相关原理,提出实现LMCCD相机的关键在于相机焦平面组件的研制。给出了LMCCD相机焦平面组件在研制过程中的关键技术,如LMCCD像面基板与CCD的高精度拼接,焦平面组件电子学部分的低噪声、高集成度设计,焦平面组件在真空环境下的热噪声抑制和热传导设计,以及焦平面组件的装配和焊接等。最后,给出了研制和测试结果。LMCCD拼接的共面精度优于5μm,平移量和平行度均优于2μm;在典型工作情况下,实验室测试信噪比优于90;在15min的工作周期下,焦面组件的温度控制在30℃以下。这些结果满足LMC-CD制式相机关于CCD拼接、焦面温度控制和信噪比的要求。

三线阵立体测绘相机构像及误差模型的建立

为了满足立体测绘系统的定位精度要求,在三线阵立体测绘相机研制基础上,通过建立三线阵立体测绘相机实用构像模型,确立被探测地面点在地面坐标系中的坐标与其像点在CCD坐标系中的坐标以及在统一的像平面坐标系中的坐标之间的数学关系式;并在此基础上,推导了三线阵立体测绘实用误差模型,分析影响系统定位精度的主要误差源,并根据相机参数进行综合定位精度分析,结果表明该系统可达到无控定位精度50m的精度要求,同时验证了构像模型及误差模型的正确性。

三线阵CCD立体测绘相机的集成装调

考虑几何精度对三线阵CCD立体测绘相机测绘精度的影响,研究了测绘相机组合体的装调方法以建立和保证相机的空间几何关系。首先,介绍了测绘相机组合体的结构和坐标系的定义;其次,提出了各基准立方镜和相机的装调要求;最后,确定了多相机集成装调流程,重点介绍了测绘相机的装调步骤。装调结果表明:各相机的光学传递函数>0.2,畸变<0.03%,测绘相机的空间几何关系满足要求,提出的集成装调技术有效地保证了测绘相机的空间几何关系。

基于“嫦娥”卫星三线阵CCD立体相机的月球表面三维建模

"嫦娥"卫星三线阵CCD立体相机是实现月表地形观测的重要荷载,其以前、正、后视3种视角对月表进行连续扫描,获得南、北纬70°范围内3种不同倾角的二维推扫影像。在无月面控制点、卫星位置和姿态数据的条件下,基于数字摄影测量理论提出一种建立月表三维模型的方法:通过影像匹配获得前、正、后视二维推扫影像中的立体像对的像点坐标,在此基础上结合用准控制点后方交会解得的嫦娥卫星的空间位置和姿态数据,通过前方交会的方法解算出像元对应月面点的月球表面数字高程模型(DEM)径向高度数据,进而得到月表高程拟合模型、等高线分布图等,实现月表三维模型的建立。

应用地球椭球的三线阵立体测绘相机像移补偿

分析了三线阵立体测绘相机成像原理,针对三线阵立体测绘相机在对地成像过程中存在的前视、正视和后视相机像移速度和偏流角的差异,推导了基于地球椭球的前视、正视和后视相机像移速度和偏流角计算公式。以某三线阵立体测绘相机为例,选取WGS84地球椭球模型,分析了前视相机和后视相机都以正视相机为准调整行周期和偏流角时,像移速度匹配残差和偏流角残差对像质的影响。分析及实验结果表明,以调制传递函数下降5%为约束,当积分级数>2时,应分别调整前视、正视和后视相机的行周期;按正视相机调整前视相机和后视相机的偏流角时,积分级数应取40级以内。

三线阵立体测绘相机时间系统优化与实时检测

为了提高三线阵立体测绘相机的时间同步精度,对相机时间系统工作原理进行了分析,建立了三线阵立体测绘相机的相机时间同步误差模型,并根据该模型采取缩短行同步计数器查询周期等多项措施对相机时间系统进行优化。针对相机时间同步误差在摄影过程中会随相机控制器工作时序变化这一现象,提出了一种实时检测相机时间同步精度的方法,用于实时检测并全程记录摄影过程中相机时间同步误差的动态变化,解决了常规仪器由于存储深度不足而无法长期检测这一难题。利用该方法检测了优化后的三线阵立体测绘相机时间系统的时间同步精度,结果表明,摄影过程中三线阵立体测绘相机的时间同步误差≤74.8μs,相机时间同步误差绝对值≤11.2μs的概率不低于0.95,满足技术指标要求。

三线阵立体测绘相机高精度时间同步设计方法

为保证图像定位精度,三线阵立体测绘相机需要具有高精度的时间同步功能,研究了一种时间同步设计方法。以GPS硬件秒脉冲信号做为时间基准,结合总线广播的整秒时刻信息以及相机内部计时器数据来记录成像时刻。详细描述了时间信息产生链路上各部分的设计,通过这种硬件和软件相结合的办法,解决了时间基准和时间精度的问题,实现了三线阵立体测绘相机与整星的高精度时间同步,为图像后期地面处理提供了有力的保障。经过实验验证,三线阵立体测绘相机的时间同步精度为优于15μs,满足图像测绘精度的要求。

三线阵立体测绘相机交会角及线阵平行性装调测试技术研究

新一代航天立体测绘相机采用三线阵体制获取地面景物图像与高程信息,用于实施无地面控制点条件下的大比例尺定位与测图,其中三线阵相机交会角与线阵平行性装调误差直接影响定位与测图精度。结合立体测绘相机研制需求,对现有交会角与线阵平行性装调测试方法进行改进,提出采用高精度转台、大口径自准直平行光管构成测量系统,对三线阵坐标系进行归一化,可一次同步装调三线阵相机间交会角及线阵平行性。分析测试结果表明,经改进后,相机交会角测试精度优于1″(1σ),线阵CCD平行度测试精度优于3″(1σ)。实际装调结果证明,相机交会角和线阵平行性的装调测试精度得到了显著提高,改进后的装调测试方法可以满足1:1万比例尺两线阵立体测绘相机的工程研制需求。

三线阵CCD立体测绘相机杂光的消除

针对三线阵CCD立体测绘相机的光学系统结构,阐述了杂光的来源和其对相机成像的影响.遮光罩采用碳纤维复合材料,沿着相机的视场角合理设计了挡光片的位置和数量,并喷涂光谱吸收率高达98%的消杂光黑漆;保证透镜安装和装调空间为前提,充分利用支撑筒、压圈和镜框结构,沿着入射光线边缘设计有效的挡光片,结构件整体黑色阳极化处理,支撑筒内壁与镜框和压圈配合区喷涂消杂光黑漆;像面组件除了进行必要的涂层处理外,结构上应避免使用通孔,否则通孔后的非结构件无法进行有效地涂层处理;测绘相机镜头杂光系数检测采用积分球和准直物镜的检测方法,第2批次中3支镜头的杂光系数均低于5%;镜头杂光系数检测结果以及在轨获取的图像情况,表明三线阵CCD立体测绘相机的杂光控制措施得当,基本消除了杂光对相机成像质量的影响,具有一定的工程应用价值.

三线阵立体测绘相机图像对时系统设计与实现

为了满足摄影测量对三线阵立体测绘相机图像对时精度的要求,设计并实现了三线阵立体测绘相机图像对时系统。首先,描述了三线阵立体测绘相机时间同步原理。然后,根据时间同步原理,对三线阵立体测绘相机图像对时系统进行了总体设计,并详述了本地时间系统建立过程及图像对时信息生成过程。最后,对三线阵立体测绘相机图像对时系统进行了验证,分析了误差链路对系统的影响,并测试了图像对时系统的误差。实验结果表明:图像对时系统的时间精度优于21 us。三线阵立体测绘相机图像对时系统满足摄影测量对时间精度的要求。

三线阵立体测绘卫星的测绘精度分析

为满足立体测绘卫星的设计要求,通过构建三线阵CCD影像的摄影测量估算模型,对三线阵CCD影像的立体测绘精度进行分析,研究了影响立体测绘精度的主要误差源.进而,依据立体测绘的精度要求,对卫星设计中所涉及的有关主要误差源,如GPS定位系统、姿态测量与控制系统、时统以及相机有效载荷系统,提出了相关的技术要求和保证测绘精度所应采取的技术措施.

三线阵CCD相机设计中的摄影测量问题

三线阵ＣＣＤ航天摄影测量相机是国际上八十年代中期出现的新一代传输型数字式航天光学遥感器，与常规的航天立体测绘相机在构像原理上有较大区别。本文简要介绍了三线阵ＣＣＤ相机的成像原理和摄影测量处理技术，主要就三线阵ＣＣＤ相机设计中应考虑的摄影测量问题进行了分析，讨论并对主要参数进行了模拟计算。

基于卫星平台的三线阵影像立体测绘方法研究

利用三线阵CCD（Charge Coupled Device）航天摄影测量技术实施无地面控制点条件下对地球及其他星球的测绘，实现对目标的三维高精度定位，是目前航天摄影测量与遥感领域的研究热点。本文针对三线阵CCD相机的成像原理和特点，研究了基于卫星平台的三线阵影像立体测绘方法，分析了卫星总体参数等对测绘精度的影响。同时，根据我国航天技术的现状和无地面控制点条件下的测绘精度要求，提出并简要论述了传输型卫星摄影测量系统的技术要点。主要研究内容和研究成果归纳如下：

星载立体测绘相机立方镜间姿态标定

介绍了测绘相机立方镜与星敏感器立方镜间坐标系转换关系的标定方法。采用4台自准直经纬仪分别对两个立方镜进行准直测量,建立立方镜坐标系,并推导了基于准直测量角度的立方镜坐标系的旋转矩阵公式;利用经纬仪间短边互瞄方法实现两个立方镜间姿态的传递。标定试验表明,该方法可以标定出两立方镜坐标轴间夹角以及测绘相机间的姿态关系,满足了相机研制要求。

三线阵测绘卫星的偏流角改正问题

简要介绍了三线阵测绘卫星的基本工作原理,分析了偏流角产生的原因及其对三线阵相机立体摄影覆盖的影响,提出了采用对卫星进行偏航姿态控制以改正偏流角的策略,给出了对卫星姿态控制系统偏流角改正的控制精度要求,并对偏流角改正的有效性进行了评估。

绕月探测工程CCD立体相机的实验室辐射定标

探月光学有效载荷系统含CCD立体相机与干涉成像光谱仪两台光学遥感器,CCD立体相机完成的科学目标主要是与激光高度计配合获取月球表面三维立体图像。文章主要叙述了三线阵立体相机的工作原理,定标内容、目的以及CCD裸片像元检测和整机的相对定标和绝对定标过程。

CE-1立体相机与激光高度计数据联合平差

CE-1三线阵立体相机和激光高度计主要用于获取月球形貌信息。CE-1沿轨运动过程中,可同时获取高分辨率的三线阵扫描影像和高精度的激光测高数据。在分析立体影像与激光高度计数据不一致性的基础上,为提高定位精度,将激光测距数据引入三线阵立体影像光束法平差处理。本文提出一种改进的外定向参数模型,采用3阶Lagrange多项式模型(LPM)建立外定向线元素内插模型,采用四元数球面线性内插建立外定向角元素模型,并根据改进模型建立激光高度计数据与影像数据的联合平差数学模型。试验表明,本文立体相机和激光高度计数据联合平差模型是有效的。

CE-1立体相机成像几何模型研究

传感器成像几何模型是摄影测量数据处理的关键问题。本文分析了CE-1立体相机成像几何原理、阐述了立体相机内定向以及根据探月卫星辅助数据计算外定向参数的原理和方法;提出一种快速反投影变换算法,建立了CE-1立体相机成像几何模型。通过对CE-1三线阵影像、激光高度计数据的配准实验,验证了本文的有效性。本文立体相机成像几何模型将用于探月数据后续摄影测量几何处理。