视场合成技术在推扫式成像光谱仪中的应用研究

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1、第9卷第l5期2009年8月科学技术与工程Vo1．9No．15Aug．20091671·1819(2009)15—4531—03ScienceTechnologyandE-sineering@2009Sci．Tech．Engng．视场合成技术在推扫式成像光谱仪中的应用研究危峻蔡海蛟翁东山(中国科学院上海技术物理研究所，上海200083)摘要推扫式遥感仪器可以采用多个镜头进行视场合成以提高仪器的总视场。视场合成技术涉及光学、机械、电子学系统技术。从光机设计、装调工艺、电子学设计等方面阐述了视场合成技术中需要考虑的因素和主要的措施。采用视场合成技术设计了五个子模

2、块视场合成的成像光谱仪。最后，采用两个成像子模块构建试验成像装置，得到效果良好的视场拼接图像。关键词视场合成光谱仪CCD数据采集中图法分类号TP751．1；文献标志码B总视场是遥感仪器的重要性能指标，它决定了的视场合成技术，可以在维持现有光学系统视场和遥感仪器全球覆盖的周期和局部重复观测周期。探测器规模的情况下，成倍提高系统的总视场。总视场越大，周期越小。在单镜头的推扫式遥感仪理论上，如果单镜头的视场为a。，则凡个镜头的系器中，系统的总视场取决于光学系统视场、瞬时视统总视场可达删。。场以及探测器的规模。瞬时视场由地面分辨率以视场合成技术涉及光、机、电等技术。

3、课题采及轨道高度决定。作为一个系统指标，通常无法改用视场合成技术，将设计由5个镜头构成的推扫式变。为了获得更大的总视场，设计者必须不断提高宽视场成像光谱仪。各个镜头采用独立的CCD探光学系统的视场或增加探测器的探测元数目。对测器成像，每个镜头获取对应子视场的图像。在推于一个推帚式、宽幅、视场要求大于90度的空间应扫方式下，面阵CCD水平方向对应为空间维，垂直用成像光谱仪，采用一个镜头的光学设计有很大的方向对应为光谱维。难度。首先光学系统将产生很大畸变，会引起图像的失真；其次，可见近红外光谱分光系统会产生严1视场合成中的关键技术重的谱线弯曲现象，最终导致光谱分

4、辨率与定位精度的下降。此外，大规模的探测器阵列设计存在较常见的视场合成技术包括两分总视场方案、三分总视场方案。在航天遥感中使用视场合成技术大困难，这些因素都限制了单镜头遥感仪器总视场的进一步提高。的典型仪器是欧洲环境卫星一号Envisat．1装载的参考当前国际航天对地观测系统的发展趋势，推帚式中分辨率成像光谱仪MERIS_2j]。它采用视可以在除视场外的其他指标都满足总体要求的前场合成技术获取宽视场，由5个相同的模块扇形分提下，选择一个可设计性强的小视场子模块进行研布进行视场合成，每个相机子模块的视场角为l4．制，然后将若干子模块依据一定的方式进行光学视15

5、。，合成总视场为68．5。，刈幅l100km。各模块排场合成，组成符合要求的大视场仪器。采用多镜头列的布局如图1所示。目前，国内已发射的星载对地遥感仪器中还未2009年4月10日收到使用过多模块视场合成技术。第一作者简介：危峻，男，湖北人。上海技术物理研究所研究员。对于航天遥感中的多个模块合成而言，其关键研究方向：航天遥感仪器。技术包含如下4个方面：4532科学技术与工程9卷场合成获取70。的总视场。每个子模块视场是子模块14．5。，视场重叠为0．5。。如图2所示。图1MERIS五个模块视场合成示意图(1)机械设计金属结构变形、温度波动引起地金属和玻璃的应力

6、变化，尤其人轨后失重引起的变形等，均会使图2五个子模块视场合成示意图不同模块的光轴偏移，对机械设计和材料设计提出较高要求。在完成系统的设计后，成像之前，首先要进行(2)星上电子学处理多模块视场合成配准测试。目标是使多模块视轴电路要对多个模块进行统一的电信号采集时配准，各模块间视场共线共面，并有一定重叠，视轴序控制，每个模块数据不能有丢帧，否则造成图像平面相互平行；各模块视场间实现精确的直线拼失配，对于各模块采得的数据帧要统一排队存储，接，且实现星下点配准。对系统的实时性、处理能力、存储速率提出了较高对于单个模块，要求波段间的视轴配准误差小的要求。于1．4。，

7、飞行方向小于10个瞬时视场，约2．5mrad。(3)地面检测和处理对于多同一波段内各模块间的视场配准，允许在飞由于采用多个模块，模块间的夹角会对均匀性行方向、狭缝或探测器排列的平行、光谱定标位置校正、地面辐射定标和地检软件校正增加困难。必上以及各模块视场的重叠上有1／3个像元尺寸的须解决输出图像的电子无缝拼接技术，最好可以进错位。行星上实时图像拼接，可以大大降低后期处理的工考虑到测试任务量大，要求严格，采用二维转作量。但增加了设备的复杂性。台成像配合光电联调进行光谱仪视场合成配准。(4)图像的匹配将多个子模块固定在转台上，光谱仪通过平行光管图像的匹配包含两个

8、方面：一方面为保证图像处对一点源进行成像，点源由单色