推帚式TDI-CCD相机应用分析

简要介绍了推帚式TDI-CCD相机及TDI-CCD像感器的工作原理 ,对引起相机调制传递函数退化的几个因素进行了详细分析 ,这些因素包括几何尺寸、电荷转移损失、速度失配、电荷分立运动 ,而且对离散空间域的线阵静态扫描MTF进行了分析研究 ,阐述了TDI-CCD级数与速度同步性、信噪比、动态范围的关系。

月球探测器TDI-CCD相机成像质量影响因素分析

TDI-CCD相机可以通过多级CCD积分,获得相对较高的信噪比,从1992年开始逐步广泛应用于航空和航天领域中的高分辨率成像任务中。目前TDI-CCD相机已成为高分辨率成像探测的重要手段。根据月球环绕探测任务中TDI-CCD相机的工作环境特点,定量分析了相机的姿态误差、速高比失配等因素对成像质量的影响,并对其中的主要影响因素——速高比失配,提出了适合于月球环绕探测任务特点的补偿途径。

TDI CCD相机系统响应非均匀性校正

本文分析了该TDI CCD相机系统响应非均匀性产生的原因,并在分析非均匀性校正算法的基础上,针对线阵TDI CCD遥感相机光电响应是线性的这一特点,采用两点定标校正算法,对每片TDI CCD进行了校正,得到了每一片TDI CCD的每一个像元的校正系数并给出了校正前后的统计特征。

姿态对地指向不断变化成像时的偏流角分析

针对敏捷卫星在三轴姿态机动过程中同时进行推扫成像的偏流角问题,基于线阵TDICCD推扫成像原理,分析了动态成像过程中的偏流原理,通过速度矢量法推导出动态成像方式下的偏流角数学解析表达式。数值仿真分析表明:当相机推扫速度方向与星下点速度方向的夹角η为0°(沿航迹方向推扫成像)或180°(沿航迹反方向推扫成像),偏流是由地球自转产生的,数值较小;当夹角为0°<η<180°时,偏流是地球自转和轨道运动共同产生的,偏流角数值较大;当夹角η=90°(垂直于航迹方向推扫成像)时,偏流角随地理纬度的增大而增大。基于以上结论,采用姿态偏航控制对偏流角进行调整,可以实现在三轴姿态机动过程中开启光学有效载荷进行推扫成像的动态成像技术。

敏捷卫星总体参数对像质的影响分析

为满足遥感卫星快速响应同时兼顾高分辨率成像的需求,具有灵巧、高效能力的敏捷卫星成为研究重点。针对TDI-CCD传感器而言,具有快速灵活机动能力的敏捷卫星所造成的像移不利于实现高质量成像。针对上述问题,考虑在俯仰、侧摆以及俯仰侧摆情况下,建立对应的星地关系图,并由此建立相应的像移速度和偏流角计算模型。仿真分析轨道高度和姿态角等卫星总体参数对像移速度和偏流角的影响,对保证相机的成像质量具有重要意义。

空间光学平台调偏流分析

为减小偏流角对TDI-CCD(Time-Delay Integration-Charge Coupled Device,时间延迟积分-电荷耦合器件)相机成像的影响,分析了侧摆成像时偏流角产生的原因和计算方法,定量计算了偏流角在沿航方向和穿航方向产生的像移,并通过仿真分析了偏流角影响因素及其残差对成像的影响。最后通过实际飞行试验发现,平台调偏流时偏航方向的姿态角存在振荡,即偏流角存在残差。经分析,此现象产生原因除了卫星平台本身的姿态扰动外,主要是卫星平台响应机制,即卫星平台对调偏响应过慢导致平台调偏流出现超调现象。该分析结果对空间光学相机平台改进有一定的参考价值,并已应用于某型号卫星的改进型。

基于四元数的偏流角跟踪与条带拼接成像研究

根据小卫星星载相机存在后视角或安装相机摆镜导致相机实际光轴无法与星体主轴平行的状况,为避免用欧拉角时的姿态解算与转序问题,提出了一种基于四元数的卫星偏流角跟踪与条带拼接成像姿态控制方法。用四元数描述卫星姿态,根据相对轨道系目标四元数,绕相机光轴转动偏流角,以此作为成像模式目标四元数,实现绕空间轴的偏流角跟踪控制。给出了姿态规划算法:固定偏置姿态确定偏流角跟踪后的目标姿态和目标角速度,用迭代法提高偏流角控制精度,并在姿态机动过程开始即进行偏流角跟踪,保证姿态机动到位和高精度偏流角跟踪的同时实现。基于内干扰力矩前馈方法设计了姿态机动控制律。以同轨双条带拼接成像为例,给出了成像控制方法:在对日或对地定向基础上,计算偏置目标姿态和目标角速度,并调用姿态机动控制算法;姿态机动到位后,若需当轨完成多目标姿态机动,则用姿态机动控制算法保持姿态偏置飞行和偏流角跟踪控制。数学仿真结果验证了该算法的有效性和高精度。