[发明专利]航天遥感载荷成像几何畸变三维可视化仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及航天遥感成像领域，尤指一种航天遥感载荷成像几何畸变三维可视化仿真方法。

背景技术

随着计算机图形学和虚拟现实技术的深入发展，三维可视化技术已经在很多领域得到广泛应用，通过用三维图形实时互动地显示仿真过程和仿真结果，能给用户以更全面、更直观的信息，并为不同领域专家提供相互沟通和交流的平台。我国航天遥感发展到当今，对遥感成像的可视化仿真技术也提出了要求，即通过将卫星和传感器的各种参数运用于计算机图形学和图像处理技术。

陈宏敏等在《基于实时测控数据驱动的航天可视化仿真系统》中，以我国嫦娥一号卫星首次月球探测工程为背景，分析和研究了基于实时测控数据驱动的可视化仿真系统需求实现的功能，并针对过去实时视景仿真系统中视点设计适应性差、缺乏灵活性等弊病，提出了可应用于航天探测视景仿真的通用视点设计步骤，实现对三维视景灵活多变的实时渲染显示。

刘维等在《基于Open Inventor的航天可视化系统》中，对可视化及其应用作了深入的研究，并分析了一般意义的可视化系统的布局和建构，并结合航天器飞行目标的运动特性，参照STK软件的相关实践经验，将航天任务仿真计算和航天场景的可视化进行了分离，构建一套以场景仿真为核心的、具有可扩展特性的分布式航天任务仿真可视化的系统框架，最后利用Open Inventor实现了相应的三维可视化仿真系统。能够满足常规的航天任务可视化仿真，并在此基础上设计实现比较专业的航天任务可视化仿真。

蓝朝桢等在《航天任务实时3维可视化仿真》中，将3D可视化仿真技术应用于航天任务中，提出了航天器对象层次3D建模方法；研究了航天器在空间环境下运行的实时3D可视化仿真技术，能够直观表现航天器运行时的位置、姿态、部件工作状况以及空间环境等，为指挥和技术人员分析掌握航天器的运行情况提供监测手段。

以上文章设计了航天器运行和工作状况的三维可视化仿真方法，并得到了很好的应用。但是针对航天遥感传感器成像几何畸变仿真模拟涉及较少，没有对探元级别的成像几何畸变原理进行研究和模拟实现。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明从航天遥感载荷探元成像机理出发，结合计算机三维可视化仿真技术，提供一种模拟真实环境下航天载荷成像的几何畸变的方法。

为实现上述目的，本发明的航天遥感载荷成像几何畸变三维可视化仿真方法，具体步骤为：1)在空间直角坐标系下构建三维地球模型，加载DEM数据模拟不同地表的起伏状况；2)根据航天平台的参数，在三维地球模型中构建航天平台；3)根据航天平台上传感器参数，确定传感器发出的光线的空间位置和方向；4)对三维地形场景和航天平台上传感器发出光线进行求交计算，获取航天遥感影像在地形起伏状态下的影像几何变形；5)运用3D图形可视化技术，将结果在计算机的虚拟环境中再现。

进一步，所述航天平台为卫星，航天平台的参数包括平台高度、姿态控制、稳定度和飞行时间。

进一步，所述姿态控制包括翻滚控制精度、俯仰控制精度和偏航控制精度；所述稳定度包括翻滚角速度、俯仰角速度和偏航角速度。

进一步，步骤1)和步骤2)采用JAVA3D或openGL或Direct3D技术进行三维地形场景和航天平台的构建。

进一步，所述航天平台上传感器参数包括扫描方式、传感器视场角(FOV)和传感器探元大小。

进一步，步骤3)中通过计算机图形学中坐标转换和投影转换算法，模拟由传感器探元发出的光线在步骤1)中构建的三维地形场景中所能拍摄到的地面位置和范围。

进一步，步骤4)中三维地形场景和投射光线求交计算具体为：判断投射光线所在射线与三维地形场景中所在平面是否相交并计算交点，该交点即为传感器在起伏地形上的投影点，从而确定传感器探元空间采样地物点与影像像元的对应关系，确定影像像元在地球表面的投影位置，对传感器的探元进行逐个模拟，直到模拟全部传感器探元在地面上的投影定位，求出航天遥感影像在地形起伏状态下的影像几何变形。

进一步，所述传感器探元组合成线阵传感器单元，通过所述航天平台和传感器参数，以时间序列模拟从线阵传感器单元中探元发出的光线在地面上的投影，模拟传感器在起伏地形上形成的多条扫描条带成像。

进一步，步骤5)中3D图形可视化技术包括openGL、Directe3D和JAVA3D技术。