星载红外点目标探测系统瞬时视场优化模型

瞬时视场是影响星载红外点目标探测系统性能的重要指标,为了实现高信噪比探测,有限口径的空间相机设计需要选择合适的瞬时视场。文章讨论了衍射受限条件下,瞬时视场对能量集中度、采样相位因子、背景杂波和信噪比的影响,建立了以信噪比最大化为目标函数的瞬时视场优化模型。基于在轨遥感图像统计背景杂波,确定了杂波系数范围和不同杂波程度的背景分布。结合实例仿真,计算了不同瞬时视场下的信号响应和信噪比变化,通过分析得出结论:随着瞬时视场减小,点目标能量集中度降低,采样相位影响减小,探测稳定性提高,杂波减小,信噪比先增大后减小,利用优化模型能得到最优瞬时视场。文章提出的模型可用于空间相机的指标设计和优化。     

深空背景下运动点目标探测距离模型研究

红外相机探测运动点目标时,探测能力主要指标为探测距离,而影响探测距离的因素很多,如光学系统工作温度、红外探测器像元尺寸、目标特性等。文章从红外相机点源目标探测基本理论出发,建立了运动点目标红外相机探测距离估算模型,分析了影响探测距离的各相关因素,为深空背景下运动点目标红外相机的指标设计提供理论参考。     

雷达测量数据转换方法

介绍了利用高精度测量雷达检验其它探测器的数据处理方法.首先根据雷达站点的位置和测量参数计算出目标的坐标,然后用GPS测量探测器的坐标,再计算出探测器到目标的真值参数,最后通过简单的误差分析证明该方法可行.     

无热化大相对孔径星敏感器光学系统设计

提出了一种大相时孔径轻小型光学系统的设计方案,给出了设计方案及热分析结果.光学系统工作谱段500～800nm,视场角9°,相对孔径1／1.2,光学系统设计结果良好,弥散斑直径在两个像元尺寸之内,能够满足光学系统对能量集中度和弥散斑的要求.基于光学热补偿理论对光学系统进行了无热化分析和消热设计.通过分析不同温度下的传递函...     

空间目标三维重构误差分析与相机参数设计方法

针对空间目标三维重构任务中的相机参数设计问题,提出一套由目标重构精度反演观测相机参数及观测方案的方法。通过梳理三维重构误差传播机理,将误差传播归结为相机内参数影响特征点齐次坐标和齐次坐标影响重构精度两个过程,给出了三维重构误差计算方法。基于误差下限分析计算结果,给出了观测距离、拍照间隔与相机姿态指向等任务参数的设计原则,建立了由重构精度反演相机焦距和像素尺寸的方法,形成一套以重构精度为核心指标的观测方案和相机参数设计方法。针对模拟空间目标的仿真试验校验了重构误差估算算法及相机参数和观测方案设计方法的有效性。     

红外扫描过采样系统点目标亚像元定位与灰度提取方法研究

为提高系统的目标测向精度,对一种红外扫描过采样系统对远距点目标亚像元定位和灰度提取方法进行了研究。根据扫描过采样成像特点和模型,给出了基于重心法和最小二乘量子粒子群优化(LS-QPSO)两种过采样点目标亚像元定位技术。前者直接求解过采样图像目标像斑的灰度加权重心,用于点目标亚像元定位;后者基于最小二乘准则建立点目标定位和灰度估计目标函数,引入量子粒子群优化算法求解高维非线性目标函数最优化,同时实现点目标亚像元位置和灰度估计。对LS-QPSO方法进行拓展以满足对多个邻近点目标分辨需求。仿真结果表明:过采样体制能实现对点目标的亚像元定位;两种方法均能实现对单个点目标的亚像元定位,LS-QPSO性能更优;拓展后的LS-QPSO能实现对邻近多目标的分辨。     

光学卫星等比降地速的地影区主动推扫姿态规划

针对光学推扫卫星在地影区进行夜间推扫成像时,卫星相机成像区域地速过快导致传感器积分时间不足而难以获取高质量夜间影像的情况,设计了一种卫星等比降地速主动推扫的姿态规划方法。首先,根据卫星推扫成像任务的机动时间、成像起始时刻与降速比例等参数计算出卫星等比降地速成像时的等效轨道初始位置;其次,根据卫星等效轨道初始位置与卫星侧摆角,通过轨道递推计算出卫星光轴实时指向的地面目标点坐标;然后,根据卫星实际的轨道位置与姿态解算出卫星指向地面目标点的实时期望姿态;最后,基于吉林一号高分04A卫星的参数对所设计方法进行数值仿真与在轨试验,结果表明了所提出的方法具有可行性与有效性。     

基于CMOS APS的星敏感器光学系统参数确定

基于CMOS APS图象传感器的星敏感器是适应航天技术的发展而产生的新一代姿态敏感器。确定光斑形状和大小、光学系统有效通光孔径、视场和焦距等参数是进行星敏感器光学设计的前提。本文基于选定的CMOS APS图象传感器分别对这些参数进行了分析和计算。确定光斑形状和大小的依据是，减小由于探测器像元对光斑能量分布的采样导致点扩散函数变形，从而引起的利用亚像元技术求星像中心的计算误差。光学系统的有效通光孔径与星敏感器所能探测到的极限星等有关，通过从目标辐射特性直到探测器响应的能量计算可以确定孔径的大小。确定视场和焦距首先要满足星敏感器实现全天自主星图识别所需的导航星捕获概率，其次要考虑与之相关的误差。     

亚微米像元器件在空间应用中的光学系统设计

图像传感器是空间光学探测系统的核心部件,探测器像元尺寸越小意味着所能分辨的空间频率越高。小像元器件已经不断被应用于空间遥感领域,以捕捉更多信息,分辨更多细节。在相同分辨率要求下,小像元器件有助于降低系统体积和质量。研究分析了亚微米像元器件的特性以及与之匹配的光学系统设计难点。依据亚微米像元器件地面验证相机的指标要求,进行了初始结构的对比研究,设计出一套含折转镜的施密特光学系统,克服了传统施密特光学系统后焦面置于光路中引入较大遮拦的缺点,实现了基于亚微米像元器件的小F数大口径光学系统设计。该光学系统工作于可见光谱段,口径达300mm,F数为1.67,视场角为2.2°×2.2°,结构紧凑,体积小,像质接近衍射极限。公差分析后,全视场全谱段下调制传递函数在奈奎斯特频率357线对/mm处优于0.3。     

空间目标可见光相机探测能力理论计算方法研究

空间目标可见光相机的探测能力主要与相机自身收集目标信号的能力、相机本身的背景噪声以及探测器组件的噪声水平有关。衡量空间目标可见光相机探测能力的主要技术指标是信噪比。在国内外相关资料比较缺乏的情况下,文章通过原理研究和理论推导,得到了空间目标可见光相机探测能力理论计算公式,并用实例进行了例证,表明该方法正确可取,为空间目标可见光相机设计时对探测能力的分析和预估提供了理论计算方法。     

CCD相机调试和质量评估中MTF测量的一些体会

CCD是采样器件,不能按照严格理论测量MTF,但光学遥感中仍采用调制度测量作为像质评价尤其是相机调试的重要手段。文中先用简单易理解的方法演算CCD(几何尺寸)正弦波调制度为基础,讨论矩形靶标调制度与正弦靶标区别,靶标相位误差对测量的影响并指出采用测量最大调制度及其技术措施的方法。     

空间相机的像移速度矢量计算模型

建立了空间相机的像移速度矢量计算模型.用多重坐标变换在统一的摄影坐标系中表述像面和目标位置.讨论了星下点、方位偏移和俯仰偏移时成像的边界条件与目标定位.根据中心投影原理,给出了电荷耦合器件(CCD)线阵推扫相机对地物目标成像时的偏流角和合成像移速度模值的计算公式.对实现空间相机的精密像移速度补偿、地面目标定位和空间目标识别有重要的应用价值.     

空间目标可见光相机探测能力理论计算方法研究

空间目标可见光相机的探测能力主要与相机自身收集目标信号的能力、相机本身的背景噪声以及探测器组件的噪声水平有关。衡量空间目标可见光相机探测能力的主要技术指标是信噪比。在国内外相关资料比较缺乏的情况下，文章通过原理研究和理论推导，得到了空间目标可见光相机探测能力理论计算公式，并用实例进行了例证，表明该方法正确可取，为空间目标可见光相机设计时对探测能力的分析和预估提供了理论计算方法。     

一种基于星载多核处理器的耀斑位置计算优化方法

空间相机的数据处理单元在轨求解太阳耀斑位置方程时,通常采用数值迭代法进行求解,相机扫描机构根据计算结果确定指向目标的位置。由于该数值迭代方程存在一定解算时间,会使扫描机构指向耀斑目标时滞后于卫星平台传递给空间相机的瞬时轨道参数,从而带来指向位置的误差。减小该误差的一种方法就是缩短耀斑位置方程的求解时间。文章从多CPU核并行计算目标方程的角度出发,构建一种可并行化求解的数值迭代算法对耀斑方程进行求解。相比于以往的单核CPU数据处理单元,采用多核CPU结构的并行数据处理单元可以在原有的主频和硬件条件下实现计算速度的提升,从而一定程度上减小扫描机构指向耀斑目标时的位置误差。文章对耀斑位置的迭代求解方程进行了分析,进行了并行化迭代方程的构建,并在某模拟硬件计算平台上对一组耀斑观测卫星的实时轨道参数进行了仿真计算。相比于常用的单核算法,并行化耀斑位置计算方法在原有主频条件下达到了更高的精度和计算速度。     

远程拦截飞行诸元快速装订算法

传统诸元解算仅强调终端打击精度而忽略目标的高速运动趋势,易引起拦截末段过载饱和,影响拦截效能。为解决此问题,针对多级推进的地基远程拦截弹结合解析计算和数据拟合算法,设计一种基于预测拦截点(PIP点)的在线诸元计算方法。首先,该方法通过引入拦截弹到达PIP点时弹目速度交会角约束,基于椭圆弹道理论实现对关机点参数解析求解,进而利用目标距PIP点飞行时间约束设计收敛策略,快速确定发射时刻,求解出发射方位角初值。然后,结合离线建立的近似解析多项式,完成飞行诸元初值求解。最后,利用牛顿法仅少数步迭代即可确定出拦截弹发射诸元精确值。六自由度仿真表明,该方法不仅具有很好的在线能力,拦截精度高,而且适用于大范围机动发射。     

TDICCD成像的速度同步分析和实验

模拟星载遥感器的成像条件对靶标进行动态成像 ,分析TDICCD相机的实验室动态成像性能 ,并通过改变运动像的速度 ,研究TDICCD与运动像不同步对成像质量的影响 ,考察相机在推扫成像过程中 ,因推扫速度失配而产生的像移现象对相机成像质量的影响 ,验证相机像移影响计算公式的推导结果。     

空间飞行器交会对接相对位置和姿态的在轨自检校光学成像测量算法

空间飞行器交会对接的最后逼近阶段，通常采用光学成像敏感器来测量跟踪飞行器和目标飞行器之间的相对位置和姿态。考虑到飞行器在轨运行期间，CCD相机受空间环境的影响，其内参数会发生变化的实际情况，提出了一种单CCD在轨自检校光学测量方案，其主要特点是飞行器在执行测量任务时，可同时进行相机内参数的自检校。首先根据严格的中心投影共线条件方程，推导出目标飞行器光学特征点坐标和对应的像点坐标与内参数及相对位置和姿态的严格解析关系；然后建立了内参数及相对位置和姿态的解析表达式；提出了目标航天器上光学特征点的布设要求。通过严格的理论分析和数值仿真，单CCD在轨自检校光学测量方案具有可靠性高、精度高、算法易实现、适应能力强等优点。     

卫星TDICCD相机非沿轨成像仿真方法

传统的TDICCD相机沿轨成像模式只需要调整偏流角和卫星飞行速度决定的积分时间,而TDICCD相机非沿轨成像则需要更加复杂的姿态和积分时间控制。对TDICCD相机非沿轨成像进行仿真,有助于了解其工作原理,并有针对性地研发数据处理方案。文章实现了卫星TDICCD相机对非沿星下点轨迹方向条带目标成像的两种仿真方法。一是"南北方向"成像仿真方法,另一种是"摆扫"成像仿真方法。推导了这两种成像在星下点成像和偏离星下点成像两种条件下TDI积分时间和姿态运动的计算方法。通过多级积分条件下的靶标成像效果和成像范围验证了所述方法的正确性和通用性。     

空间相机次镜在轨校正仿真分析

针对空间环境变化引起的面形误差和位置误差导致空间相机成像品质下降的情况,提出一种次镜调整补偿系统像差的多软件联合仿真方法。采用次镜调整来补偿系统像差的方法,利用条纹泽尼克多项式来拟合系统波前像差,建立像差系数和次镜调整量之间的多视场灵敏度矩阵模型,进而通过最小二乘法迭代计算求解出各调整量,实现次镜在轨校正的闭环控制。以偏视场同轴三反消像散光学系统为例进行仿真分析,次镜多次迭代调整可以使系统多个视场的波像差接近原始设计值。仿真结果验证了次镜在轨调整的像差补偿作用,为空间相机在轨主动像差校正技术提供了工程应用参考价值。     

CCD相机调试和质量评估中MTF测量的一些体会

ＣＣＤ是采样器件，不能按照严格理论测量ＭＴＦ，但光学遥仍采用调制度测量作为像质评价尤其是相机调试的重要手段。文中先用简单易理解的方法演算ＣＣＤ（几何尺寸）正弦波调制度为基础，讨论矩形靶标调制度与正弦靶标区别，靶标相位地测量的影响并指出采用测量最大调制度及其技术的方法