[发明专利]空间光学遥感器对实际地物成像的计算机仿真系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种在空间应用领域中辅助空间光学遥感器光学性能检测的计算机仿真系统，尤其是能对各种空间姿态下推扫式或凝视式空间光学遥感器对三维地形起伏的地物成像过程进行仿真的系统。

背景技术

空间光学遥感器对地成像仿真是空间光学遥感器设计制造工作中的重要环节。目前，对空间光学遥感器对地成像过程的仿真主要采取硬件手段：根据地球自转和遥感器在轨飞行运动状态计算出空间光学遥感器与地面目标之间的相对运动关系，根据该运动关系，使用滚筒、三轴气浮平台或旋转臂等方法模拟空间光学遥感器与地面目标之间的相对运动，将空间光学遥感器(或仅用CCD与若干简单光学元件代替空间光学遥感器)与模拟地面目标的靶标安装在模拟装置上，实现硬件仿真成像。

但是，硬件仿真成像手段具有以下局限：

1.由于受机械结构限制，硬件仿真平台所模拟的遥感器轨道与姿态参数变化范围较窄，在不修改机械结构设计的前提下，难以模拟多种轨道与姿态的空间光学遥感器对地成像，尤其难以模拟椭圆轨道上遥感器对地成像过程。

2.由于机械部件的加工精度和电子学元件的同步精度限制，硬件仿真平台的同步失配、机械振动等误差对仿真成像的干扰是难以忽略和无法避免的。此外，硬件仿真平台往往难以模拟地球的三维椭球面地表对平面像面成像的影响：多数仿真平台使用平面靶标，一些平台使用带有立体起伏地形的模板作为成像靶标，但是仍难以反映像面各点与椭球面地表上各点景物位置的准确投影关系，从而难以模拟遥感成像因受地球的椭球面地表影响而导致的图像畸变变化情况和地物推扫范围。因此，目前仿真成像平台的功能局限于以使用平面条纹靶检测遥感器成像质量为主，使用景物靶验证遥感器成像效果为辅的阶段，限制了仿真平台在更广领域的应用。

3.遥感对地成像硬件仿真平台为满足遥感器与目标源布局需要，一般具有较大的复杂结构，且带有至少保证一个自由度的活动件模拟遥感器在轨运动。如果平台具有遥感器多姿态成像仿真功能，则活动件更多。带有活动件的复杂机械部件对加工质量和维护工作提出了较高要求。此外，对平台的进一步升级也比较困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够对各种轨道上的空间光学遥感器以任意姿态对地成像进行仿真，同时易于维护和升级的空间光学遥感器对实际地物成像的计算机仿真系统。

为了解决上述技术问题，本发明的空间光学遥感器对实际地物成像的计算机仿真系统包括目标源匹配模块、遥感器仿真模块、仿真系统时钟单元、扫描模块和扫描信息组织模块；

目标源匹配模块：以地物亮度数据和地域高程数据为输入，由内部的地物比例调整运算器将依照自然距离比例尺的地物亮度数据重新规划为按照地球坐标系中空间立体角坐标分布的规划亮度矩阵，由内部的高程匹配运算器将地域高程数据规划为与规划亮度矩阵配套的高程分布矩阵，然后将规划亮度矩阵与高程分布矩阵融合，得到带有立体地形分布信息的地物亮度与空间信息集成数据；地物亮度与空间信息集成数据提供给扫描模块；

所述遥感器仿真模块包括轨道模拟单元、姿态模拟单元、光学系统模拟单元和图像传感器模拟单元；轨道模拟单元为扫描模块提供遥感器轨道参数；姿态模拟单元为扫描模块提供遥感器在轨姿态参数；光学系统模拟单元为扫描模块提供遥感器光学系统的焦距，为扫描信息组织模块提供根据遥感器光学系统结构所计算出遥感器光学系统各个子视场的点扩散函数；图像传感器模拟单元为扫描模块和扫描信息组织模块提供遥感器的图像传感器物理参数；

仿真系统时钟单元：为扫描模块和扫描信息组织模块提供时间同步信息；

所述扫描模块包括扫描时序控制器、像素映射单元、高程效果耦合单元和曝光模拟单元；

扫描时序控制器：利用仿真系统时钟单元提供的时间同步信息及图像传感器模拟单元提供的图像传感器物理参数，得到对地遥感过程中图像传感器各像元的成像时间序列，并将各像元的成像时间序列提供给像素映射单元；

像素映射单元：根据轨道模拟单元提供的遥感器轨道参数、姿态模拟单元提供的遥感器姿态参数、光学系统模拟单元提供的遥感器光学系统焦距和图像传感器模拟单元提供的图像传感器物理参数，按照物像空间几何关系计算图像传感器各像元与地面景物之间的空间几何关系，获得各像元在遥感过程全程对应的地物坐标序列；根据各像元在遥感过程全程对应的地物坐标序列、地物亮度与空间信息集成数据中的规划亮度矩阵和扫描时序控制器提供的图像传感器各像元的成像时间序列得到图像传感器各像元对应的地物坐标亮度时间序列；各像元对应的地物坐标亮度时间序列提供给高程效果耦合单元；