[发明专利]一种光学遥感相机精密稳像系统的仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学遥感相机集成仿真技术领域，具体涉及一种光学遥感相机精密稳像系统的仿真方法。

背景技术

光学遥感相机广泛应用于资源探测、国土勘察、天文观测等领域，在经济社会发展和科学研究中发挥了重要的作用。

精密稳像是实现光学遥感相机清晰稳定成像的关键途径与技术保证之一。光学载荷受到卫星平台姿态运动和太阳帆板等扰动源影响时视轴晃动严重，特别是在CMG、制冷机等高速运转过程中，由于抖动导致相机成像极易模糊，需要采用精密稳像技术才能消除扰动源对成像质量的影响。

国际上光学遥感相机通常采用两级稳像方式，指向跟踪由卫星平台自身的姿态控制系统保证，属于粗级稳像；在粗级稳像的基础上，光学遥感相机1自身快摆镜2和消像旋机构3快速摆动以消除粗级稳像的残差，此过程属于精密稳像，如图1所示。如果相机稳像精度要求较高，通常还会采用振动抑制来隔离振动干扰源的高频影响。但是，这种精密稳像仿真过程中，通常采用单学科、理想化模型来实现，其存在误差大、无法模拟实际精密稳像过程的难题。

发明内容

为了解决现有精密稳像仿真过程中采用单学科、理想化模型带来的误差较大、难以模拟实际精密稳像过程的问题，本发明提供一种光学遥感相机精密稳像系统的仿真方法。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的一种光学遥感相机精密稳像系统的仿真方法，包括以下步骤：

步骤一、建立光学遥感相机光学模型，分别计算得到各光学反射镜和成像焦面刚体位移对像点晃动位移的灵敏度矩阵；

步骤二、建立光学遥感相机及卫星平台的光机集成有限元模型，计算得到光学遥感相机在凝视成像时间段内姿态运动和扰动导致的像点晃动位移；

步骤三、建立像点晃动位移到快摆镜和消像旋机构补偿角度的解算算法；

步骤四、建立光学遥感相机及卫星平台的光机动力学模型，分别计算快摆镜和消像旋机构传递函数，根据传递函数频响曲线分别建立快摆镜和消像旋机构控制模型；

步骤五、将光学遥感相机及卫星平台的光机动力学模型与快摆镜和消像旋机构的控制模型集成在一起，进行精密稳像仿真。

进一步的，步骤一中，首先建立各光学反射镜镜面到成像焦面的光学全模型；然后在成像焦面上选择边缘视场两个导星所在位置为参考的像点a和像点b，在光学软件Code V或Zemax中通过移动、旋转各光学反射镜以及成像焦面单位位移，分别读取像点a和像点b的晃动位移得到其对应的灵敏度矩阵。

进一步的，步骤二中，分别采用MSC.Patran和MSC/NASTRAN建立和求解光学遥感相机及卫星平台的光机集成有限元模型。

进一步的，步骤二中，在光学遥感相机及卫星平台的光机集成有限元模型中，加入扰动源激励，通过MPC将像点a和像点b的灵敏度矩阵分别与各光学反射镜和成像焦面刚体位移相乘，分别计算得到像点a和像点b在扰动源激励作用下的晃动位移变化，即像点a的晃动位移为(X1、Y1)，像点b的晃动位移为(X2、Y2)。

进一步的，步骤三中，在MATLAB/Simulink平台中，通过像点a的晃动位移(X1、Y1)及像点b的晃动位移(X1、Y1)解算得到快摆镜绕X轴旋转的角度RX、绕Y轴旋转的角度RY和消像旋机构绕Z轴旋转的角度RZ。

进一步的，步骤三中，按照快摆镜的补偿角度RX、RY旋转快摆镜，按照消像旋机构的补偿角度RZ旋转消像旋机构，实现对像点a和像点b晃动位移的实时补偿。

进一步的，步骤四中，通过Adams和MATLAB/Simulink平台建立光学遥感相机及卫星平台的刚柔耦合动力学模型；通过光学遥感相机及卫星平台的刚柔耦合动力学模型，分别计算快摆镜俯仰力矩、偏摆力矩以及消像旋机构绕焦面旋转力矩到快摆镜俯仰角、偏摆角和消像旋机构焦面旋转角的传递函数，根据传递函数频响曲线，分别建立快摆镜俯仰、偏摆和成像焦面绕中心旋转的控制模型。

进一步的，步骤五中，将光学遥感相机及卫星平台的光机动力学模型与快摆镜俯仰、偏摆和成像焦面绕中心旋转的控制模型集成在同一个软件平台下形成闭环模型；以快摆镜的补偿角度RX、RY和消像旋机构的补偿角度RZ为控制目标，计算像点a和像点b的精密稳像误差；判断闭环模型的计算结果是否满足指标要求。

更进一步的，所述的同一个软件平台为MATLAB/Simulink平台。

本发明的有益效果是：