大惯量高精度扫描控制及同步像移补偿技术概述

《大惯量高精度扫描控制及同步像移补偿技术概述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、大惯量高精度扫描控制及同步像移补偿技术概述1绪论1.1航空对地成像技术简述空间对地成像技术是以地面目标为观测对象，依托卫星、航天飞船、飞机、飞艇等空间平台，利用可见光、红外和微波等波段，获取地球信息并进行相关处理的过程。对地观测成像根据所依托平台的不同，可以分为地基对地观测、空基对地观测、天基对地观测三大类，其中以飞机为主的空基平台观测（航空观测），较其它平台而言具有明显的特点[1-2]:(1)航空观测比卫星观测的机动性强，可以迅速到达指定区域实施侦察，并可以根据时间及气候条件选择不同的观测波段；(2)装载量比卫星平台

2、更大，可以同时装载不同的观测设备，使得同一区域的目标数据相互补充；(3)由于采用了升空平台，克服了陆基观测设备受地球曲率及地面障碍物的影响，观测得到的地面信息更加丰富[3]。同时，由于各个国家对资源勘查、环境监测、灾害预报以及军事侦查等的迫切需求，也促使了航空成像系统中遥感设备的快速发展，目前航空遥感设备已形成由各种波段航空相机、扫描仪、摄像机、成像辐射计、合成孔径雷达等仪器组成的完整体系。其中红外波段观测具有被动探测、不辐射电磁波、可昼夜连续工作等特点，决定了其在军事上不可替代的重要地位，因而成为各个国家竞相发展的国

3、防关键技术[4]。..1.2国外航空成像技术的发展概况航空对地成像是获取地面目标信息的重要途径，在地形测绘、资源勘查以及军事等重要领域应用广泛。国外，尤其是西方发达国家在该项技术方面投入很大，其水平处于世界领先地位，相关产业的高新科技成果也很快应用于该领域，更促进其航空成像技术的迅猛发展。航空相机是航空对地成像的主要载荷形式，其发展水平是衡量航空成像技术的最重要的度量，也是制约该项技术发展的关键所在，世界各国及各大航空设备公司均在航空相机领域展开激烈的竞争[5][14]。民用航空相机主要用于测绘，获取一定比例尺的摄影图

4、像，在计算机图像处理中只需要简单的图像加工和处理设备，如纠正仪和立体测图仪等。建立城市基础信息、城市规划、建设与管理等需要各种中、大比例尺地形图和工程管线图等，其中1:500地形图、城市土地利用（现状图）和建筑现状图是城市规划、管理中三类最常用的基本图件。数字航空摄影测量相机系统的新发展，是将传感器单元、存储单元、控制单元和惯性测量单元等所有组件高度集成在一起，能够提供20k320k像素的宽幅面。具有可更换不同焦距的镜头系统，适应从低空的工程应用项目到高空正射影像项目，能完成0.1米地面分辨率的航空摄影任务。在民用航空

5、对地成像领域，国外具有代表性的产品主要有Leica公司的ADS40(80)相机系统和Vexcel公司的UCXp相机系统。..2扫描成像系统的理论分析2.1扫描成像技术方案及可行性分析根据1.1.1节所述，扫描成像系统通常有推扫式、摆扫式、多元并扫式和画幅式几种工作模式。其中前三种成像方式在技术上都已实现，并在一定的应用领域内被各种对地成像设备所采用。但这三种扫描方式在宽视场及高分辨率的成像要求下，均不能满足设计指标，这里以前三种中有可能实施宽视场的多元并扫式为例和画幅式成像方式进行对比，如图2.1所示[34]。图2.1

6、（a）为多元并扫成像方式，航空相机多元并扫式成像时，每行图像是从空间不同点获取的，然后再由一行行信息合成一整幅图像，这样上一行与下一行图像因横滚、俯仰和偏航角等差异易导致几何失真。而画幅式的工作方式主要使用面阵成像器件,画幅式成像时从空间一点就可获取一整幅对地图像，各幅图像再拼接成一幅宽视场图像，这样可以保证很高的几何保真度，如图2.1（b）所示[7]。同时，在一行图像的总角度及扫描该行的时间相同的情况下，画幅式相比较于多元并扫成像方式，大大增加了每帧图像的曝光时间，使感光介质获取所需的光能量增加，这样能够成倍地提高图

7、像的信噪比，这对于获取高分辨图像是至关重要的，这也是采用画幅式成像方式的主要优点之一[34]。目前，用一定规模的面阵探测器穿轨扫描成像是实现宽视场和高空间分辨率可行的技术路线之一，前述分析的国外几个知名航空设备公司的产品中的应用技术可以参考。对于画幅式成像系统，特别是红外成像系统受探测器技术的限制，单片面阵探测器的可实际应用的像元密度为640512，以像方成像的视场角是有限的。为增大视场覆盖宽度的传统方法是在成像镜头的物方设置扫描反射镜，经过轻量化设计的扫描反射镜转动惯量较小，对其进行精确控制相对比较容易。2.2关键部

8、件的性能分析与选型根据本项目的要求，执行电机是扫描成像系统的驱动部件，执行电机按照程序指令对整机进行控制，实现扫描及定位功能。扫描成像系统必须具备高精度、大转矩、高可靠性的特点。在伺服电机中可供选择的主要有：步进电机、直流无刷电机、永磁同步电机三大类[37]。(1)步进电机是非常典型的数字控制电机，步进电机根据所给的一个脉冲信号就