敏捷卫星像移补偿残差计算及对成像影响分析

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1、V01．22No．412航天器工程SPACECRAFTENGINEERING第22卷第4期2013年8月敏捷卫星像移补偿残差计算及对成像影响分析谢少波秦冉冉(上海卫星工程研究所，上海200240)摘要通过分析敏捷卫星相机像移模糊机理，计算了对偏流角和行频像移补偿后的残差，并对其引起调制传递函数(MTF)的下降进行了仿真计算。结果表明，敏捷光学成像卫星相机设计中行频控制残差对成像质量的影响不容忽视，宜选用像元数少的时间延迟积分电荷耦合器件(TDIC—CD)予以解决。文章的研究结果对敏捷卫星的总体指标设计具

2、有参考价值。关键词敏捷卫星；像移；残差；调制传递函数中图分类号：V443．5文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2013．04．003AnalysisonResidueofImageShiftCompensationandItsEffectsonImagineforAgileSatelliteXIEShaoboQINRanran(ShanghaiInstituteofSatelliteEngineering，Shanghai200240，China)Abstract：

3、Themismatchofthebias—angleandthelinerateisanalyzedforanagilesatellite，thispaperalsocalculatestheMTFdegradationcausedbythecompensationresidueoftheimageshift．TheresultsshowthattheMTFdegradationcausedbyresidueoflinerateshouldnotbeigoredandwecanselectlesspix

4、elsTDICCDtosolvethisproblem．Theanalyticmethodandresultinthispaperprovideananalyticbasisforsettingreasonablespecificationsofagileimagingsatellite．Keywords：agilesatellite；imageshift；compensationresidue；modulationtransferfunction(MTF)1引言敏捷光学成像卫星是空间成像卫星中的一个重

5、要发展方向，敏捷光学成像卫星的特点能够在平飞的基础上，快速实现俯仰机动、滚动机动以及俯仰加滚动同时机动等各种情况，卫星相机视轴可以灵活调整对地指向，因此可以适应多种工作模式[1]，与以往一维机动卫星不同的是其像移矢量计算模型更加复杂，敏捷光学成像卫星利用推扫成像，普遍采用了时间延迟积分电荷耦合器件(TDICCD)传感器心]，以获得较高的图像信噪比，而TDICCD相机需对像移进行精细对准匹配才能实现清晰成像。在工程上，主要采取的是通过卫星实现偏流角控制和相机实现行频控制，参考文献[-33给出了仅在卫星平飞

6、星下点成像时的偏流角计算模型，参考文献E4]给出了忽略地球曲率的卫星偏流角计算模型，参考文献E53给出了敏捷卫星仅在光轴上的偏流角计算模型，而不支持像面其它点的像移计算，以上均不能满足像移补偿残差工程计算需求。未来敏捷卫星的发展是基于同轴相机和离轴相机等多种体制的[6]，对于像面上轴外像点的像移补偿及残差均需分析和控制，除了偏流角之外行频也不容忽视。收稿日期：2013—05—09；修回日期：201306—07作者简介：谢少波(1977一)，男，高级工程师，从事光学卫星总体设计工作。Email：xsb78

7、1018@sina．corn。第4期谢少波等：敏捷卫星像移补偿残差计算及对成像影响分析13本文介绍了像移补偿残差机理及对调制传递函数(MTF)的影响，可以对相机光学视场内任意方向上，在卫星俯仰加滚动同时机动复杂姿态情况下的偏流角和行频进行计算和残差分析；结合具体设计案例进行了仿真分析，得到了其对MTF的影响情况。本文的研究结果，可以对敏捷卫星相机设计及敏捷卫星总体设计提供参考。2像移补偿残差机理及对MTF的影响卫星像移补偿残差主要有偏流角控制残差和行频控制残差，如图1所示。在工程应用中，卫星进行偏流角补

8、偿时，一般以视轴上的偏流角作为主控偏流角，像面上的其它像点理论偏流角与实际主控偏流角之间均有一定误差，这个误差就是偏流角控制残差。另外，工程上卫星进行行频控制时，一般以每片TDICCD为单位进行控制，每片TDICCD工作行频是以其中心像点作为主控行频进行控制，而每片TDICCD行像元数多达几千或者上万个，每片TDICCD其它像元理论行频与实际主控行频之间存在一定误差，这个误差就是行频控制残差。对于离轴相机，其视轴与光轴并不重合，这种情况会使