[发明专利]空间低速高精度二维像移补偿指向控制系统

说明书

技术领域：

本发明涉及运动补偿控制技术、智能控制技术和估计算法，具体指一种应用于空间凝视成像仪的低速高精度二维像移补偿的指向控制方法，它可广泛应用于高分辨率凝视成像仪等。

背景技术：

在与目标相对静止的卫星平台上，如地球同步静止轨道卫星，凝视成像可以有效的获取图像。对于同样的凝视成像仪，装在低轨对地观测卫星平台上比装在地球同步静止轨道对地观测卫星平台上可以获得更高的空间分辨率，但观测幅宽减小。但在低轨对地观测卫星上，由于卫星相对于景物快速运动，在卫星飞行方向上会产生像移，从而引起图像质量下降甚至难以成像。像移引起的图像质量下降与积分时间和驻留时间等因素有关，是否采取像移补偿措施取决于像移对图像质量的影响是否在允许的范围之内。对于中低分辨率的凝视相机，被观测目标的像在探测元上的驻留时间较长，即大于或等于探测器的积分时间，也即像移量小于或等于探测元尺寸，像移对图像质量的影响还可接受，进行适当像移补偿或不进行像移补偿都能满足成像要求。而对于高分辨率的凝视相机，若被观测目标的像在探测元上的驻留时间比探测器积分时间短，产生的像移量明显大于探测元尺寸，即对图像质量的影响较大，不进行像移补偿很难获得较好的成像质量。

进行像移补偿的方法有很多，如利用凸轮推动焦平面的机械运动补偿、TDI方式的电子学运动补偿、北京凌云光视数字图像技术有限公司在2007年申请的专利航空全帧转移型面阵CCD相机像移补偿方法(专利申请号200710117666.5)所述的电子学像移补偿等。上述补偿方法中，机械运动补偿只适用于胶片相机，TDI方式的电子学补偿受探测器尺寸的影响，补偿的范围不大，且只能进行一维补偿。本文提出一种应用于低轨卫星平台上的凝视成像仪的二维像移补偿装置，通过控制二维指向镜向后摆扫实现前向像移补偿，可对同一目标连续多次成像来提高探测器对地物的凝视时间，从而增大信噪比，满足高分辨率成像的要求，使得安装在低轨卫星上的成像仪也可以像静止轨道卫星上的成像仪一样进行凝视成像或准凝视成像。此外，为增大系统沿穿轨方向的观测幅宽，二维指向镜可沿方位方向进行侧视，侧视完成后，进行成像和像移补偿。

发明内容：

本系统主要目的是解决低轨卫星平台上的高分辨率凝视成像仪存在的前向像移及其如何消减的问题，利用PMSM控制指向镜以一定速度向后摆扫，使CCD相机在一定时间内对同一目标连续多次成像，提高CCD相机的驻留时间，从而提高成像质量。

已知轨道高度H、轨道倾角i₀和系统焦距f，并假定卫星姿态稳定，经过由地理坐标系到地球坐标系到地心惯性坐标系到轨道坐标系到航天器坐标系到相机坐标到像面坐标共六次坐标变换，可得像面上各点像移方程为式(1)～(2)。其中V_p1为前向像移速度，V_p2为横向像移速度，R为地球半径，ω为地球自转角速度，h为被摄目标的地形高度，Ω为摄影时刻空间飞行器轨道运动相对于地心的角速率，γ₀为摄影时刻在轨道平面内，空间飞行器到降交点或升交点之间所对应的中心角，G₁、G₂为摄影时刻，空间相机视场光栏中心对应的被摄目标点在地理坐标系的前向和横向距离。