[发明专利]考虑卫星综合运动的凝视成像仿真及质量评估方法及装置有效

专利信息
申请号: 201510498543.5 申请日: 2015-08-13
公开(公告)号: CN105136164B 公开(公告)日: 2019-04-05
发明(设计)人: 刘一良;肖倩;马灵霞;贺誉;宋学忠;张子健;汪红强 申请(专利权)人: 航天恒星科技有限公司
主分类号: G01C25/00 分类号: G01C25/00
代理公司: 北京卓恒知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 11394 代理人: 唐曙晖
地址: 100086*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 考虑 卫星 综合 运动 凝视 成像 仿真 质量 评估 方法 装置
【说明书】:

发明提供一种考虑卫星综合运动的凝视成像仿真及质量评估方法及装置,该方法包括:根据应用需求设计载荷物理参数指标;根据卫星平台设计指标,仿真理想状态下卫星运动轨迹并进行摄动因素改正;根据卫星运动轨迹及成像目标地理位置自动计算卫星凝视成像时刻的姿态机动角度,并进行偏流角校正;根据卫星运动轨迹、姿态数据及相机设计参数等生成理想凝视成像仿真图像;通过离散化曝光时间,生成曝光时间内带有卫星运动误差的瞬时仿真图像序列,并合成一次曝光的仿真图像,使用刃边法统计图像MTF值,对卫星综合运动下目标凝视成像质量评估。本发明实现了卫星综合运动下的目标凝视成像图像仿真,及考虑卫星综合运动的凝视成像图像质量评估。

技术领域

本发明涉及遥感卫星图像处理技术领域,特别是涉及一种考虑卫星综合运动的凝视成像仿真及质量评估方法及装置。

背景技术

近年来,国内外相关研究机构相继开展大量对敏捷成像遥感卫星的研制工作,特别是低轨视频小卫星,已成为目标追踪、动态监测等领域潜在的最具商业价值的遥感观测手段。敏捷成像遥感卫星通过姿态机动实现对目标的凝视成像,在短时间内获取目标地物的多张面阵序列影像,可快速获取目标信息,还可以通过将多帧影像合成视频,提供目标地物的动态信息。目前敏捷卫星凝视成像的应用还处于发展初期,受制于姿态指向精度、姿态稳定度、卫星平台颤振、载荷成像能力等影响,其在复杂运动模式下的成像质量是否满足应用需求仍有待研究。

敏捷卫星目标凝视成像仿真通过对敏捷卫星凝视成像过程进行理论建模和仿真分析,直观地分析和评测影响凝视成像图像质量的内外因素和作用机制,具有十分重要的应用价值。通过对敏捷遥感卫星目标凝视成像仿真,可在卫星系统论证阶段进行有针对性的任务规划及参数设计,在系统投产之前对其整体性能进行预估,以确定系统的成像质量是否满足应用需求,尽早发现并改进设计中存在的不足,从而达到提高研制水平、缩短研制周期、节约研制成本的目的。

因此,如何建立一种敏捷卫星目标凝视成像图像仿真模型、如何仿真多种运动误差耦合的成像过程并对其成像质量进行评估是本发明重点解决的问题。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是:如何针对敏捷卫星目标凝视成像,以及如何在设计阶段根据卫星平台和载荷设计参数及应用需求,设计一种自动计算凝视成像姿态机动角度、模拟卫星综合运动下的凝视成像仿真及成像质量评估方法及装置。

本发明提供了一种考虑卫星综合运动的凝视成像仿真及成像质量评估方法,包括:根据应用需求,设计载荷物理参数指标;根据卫星平台设计指标,仿真理想状态下卫星运动轨迹,并进行摄动因素改正;根据卫星运动轨迹及成像目标地理位置,自动计算卫星凝视成像时刻的姿态机动角度,并进行偏流角校正;根据卫星运动轨迹及曝光时刻姿态数据、相机设计参数,高精度DOM数据以及对应范围内的DEM数据,生成理想凝视成像仿真图像,所述理想凝视成像仿真图像为瞬时凝视成像仿真图像,通过离散化曝光时间,生成曝光时间内考虑卫星运动误差的瞬时仿真图像序列,并合成一次曝光的仿真图像,评估设计指标下卫星综合运动下目标凝视成像的成像质量。

进一步地,根据卫星运动轨迹及成像目标地理位置,自动计算卫星凝视成像时刻的姿态机动角度,并进行偏流角校正,包括:(1)定义姿态机动坐标系及转序,卫星姿态机动成像时采用俯仰pitch角和侧摆roll角机动;(2)由成像目标经纬度坐标,结合DEM数据,得到成像目标在地理坐标系中的坐标(LonT,LatT,HT),转换到像空间坐标系下坐标(XTC,YTC,ZTC);(3)根据某一成像时刻卫星在像空间坐标系中的坐标(XSC,YSC,ZSC),计算卫星姿态机动后指向目标地物的矢量在像空间坐标系下的单位矢量Z′N;(4)计算姿态机动的旋转矩阵,根据转序计算姿态机动俯仰角pitch和侧摆角roll;(5)根据卫星轨道数据及相机参数,计算偏流角改正值,将其加在偏航角yaw上,输出姿态序列。

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