静止轨道摆扫成像系统设计及技术研究
发布时间：2022-02-19 04:54
静止轨道成像光谱仪相比于低轨成像光谱仪在对地球大气进行探测时具有图像信噪比高、重访周期短的优势,这些优势对于提高分析大气成分的能力至关重要。所在课题组展开了静止轨道成像光谱仪原理测试样机的研制工作,目的是验证相关技术的可行性,为光谱仪载荷设计提供技术参考。静止轨道成像光谱仪每次成像时通过对一个观测条带区域凝视成像,获取该条带的光谱图像数据;再通过步进式运动和凝视成像,逐步递推式覆盖所有观测范围,这个过程即为摆扫成像。本文的研究内容为该光谱仪摆扫成像控制系统的预研设计,主要从摆扫驱动系统设计、摆扫控制方案研究、CCD成像系统设计以及摆扫成像综合控制这几个方面展开阐述。根据摆扫机构指向稳定性、步进角精度等要求,摆扫驱动系统组件的方案为:以“步进电机+谐波减速器”构成驱动执行部件,绝对值式光电编码器作为角度测量元件。设计了摆扫驱动电路,实现了电机控制、主从通讯以及编码器数据读取在FPGA中的集成。为了增强摆扫机构指向稳定性,对步进电机的静态矩角特性进行了分析和实验;通过真空热实验,测算了电机驱动芯片在空间环境中的温升速率。为了降低转动过程中的失步率,对空间转动力矩进行了计算;根据力矩裕度要求...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省211工程院校985工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１成像光谱仪的工作原理??成像光谱仪的结构简图如
技术与成像技术相融合的仪器［１５］，其具有图谱合一的特点，被广泛运用??于矿产寻找、林业监视以及气象探测等众多方向。成像光谱仪主要搭载在卫星、??飞机，从而实现对地面或大气目标的探测〃叱成像光谱仪按照光谱分光方式进行??分类，主要有色散型成像光谱仪（棱镜分光、光栅分光）、层析成像光谱仪、傅??里叶型变换光谱仪、滤光片光谱仪（可调谐滤光片、光楔滤光片）以及采用衍射??光学元件的成像光谱仪等Ｆ１。本文所述光谱仪采用的是大气遥感领域应用最多??的色散型成像方式。??成像光谱仪的工作原理如图１－１所示，物空间的光辐射进入成像光谱仪，由??成像光谱仪对物空间的一列图像信息进行光谱分光，获取该列的光谱信息。通过??行方向的扫描，得到整个空间区域的光谱图像立方体。??Ｍ入３?■???｜叫Ａｌ??ｈ?ｈ?—｜??［Ｖ?八２??入１入２入３????入ｎ?Ａ３??ｌ?，?ｓ｜?ｍｙｔ?Ｉ，?Ｎ??Ａｉ?Ａ２?Ａ３?Ａｎ?１?，?Ｗ．?，、？?１??—］／?ＩＩＨ－?ｌｂ．．．????谱仅?；??＿＾?．?空间维■、??、?Ａ??扫描方向???ＩＨ??１谱维??图１－１成像光谱仪的工作原理??成像光谱仪的结构简图如图１－２所示，主要由前置望远部分、光谱分光部分??以及成像探测器组成［１８１。观测区域散射、反射光通过前置光学系统在狭缝平面成??像，狭缝此时起到光阑的作用，使地面条带的像通过，而挡掉其他部分的像。从??狭缝射出的光线经准直镜后照射到色散元件（一般为反射式光栅）上，色散元件??将光线进行光谱分光，产生垂直于狭缝方向的光谱分布。展开后的光谱图像经过??物镜汇聚，成像在面阵探测器上。面阵探
?第１章绪论???运：：ｖ丨編??麵区域ｉｔ置光学系＠缝『聚镜色散系统丽探漏＿??图１－２成像光谱仪光学原理图??面阵探测器上各个像元获得的是狭缝上各点的光谱信息。面阵探测器上的像??元点阵与狭缝平面上的狭缝长度方向同向的维度是空间维，与狭缝长度方向垂直??的维度是空间维。以采用１０２４＊１０２４像元面阵ＣＣＤ作为图像探测器为例，每拍??摄一幅图像即获得一个线阵条带的地理信息（１０２４点）和各点的光谱信息（１０２４??条光谱）。??成像光谱仪每次对地拍摄只能对应一个地面条带的光谱数据，因此需要通过??扫描才能对完整的观测区域进行探测。当成像光谱仪搭载于低轨卫星平台时，由??于其与地面存在相对运动，通过连续推扫成像的方式即可实现对二维空间的扫描，??从而获得探测区域的图像，即通过连续式的图像采集可以获取目标区域的图像数??据。??１．２．３静止轨道成像光谱仪介绍??本文所述光谱仪将搭载于静止轨道三轴式稳定卫星平台，卫星平台对地面保??持静止，因此无法实现类似于低轨成像光谱仪的对地推扫过程。若不存在扫描机??构则光谱仪视轴对地保持静止，只能获得地面一个条带的图像。为了获取区域范??围的图像需要通过沿垂直条带方向的扫描进行扫描，该静止轨道成像光谱仪进行??东西方向摆扫观测如图１－３所示。从扫描起始点开始，成像光谱仪视轴每次旋转??一个步进角后保持静止，成像系统对一个条带进行光谱图像获取（成像幅数以及??单次曝光时间由地面反射光强决定）；图像获取结束后继续转动一个步进角重复??指向下一个条带位置继续成像，直到完成区域范围内的扫描后回到扫描起始点。??５??
本文编号：3632258
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省211工程院校985工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１成像光谱仪的工作原理??成像光谱仪的结构简图如
技术与成像技术相融合的仪器［１５］，其具有图谱合一的特点，被广泛运用??于矿产寻找、林业监视以及气象探测等众多方向。成像光谱仪主要搭载在卫星、??飞机，从而实现对地面或大气目标的探测〃叱成像光谱仪按照光谱分光方式进行??分类，主要有色散型成像光谱仪（棱镜分光、光栅分光）、层析成像光谱仪、傅??里叶型变换光谱仪、滤光片光谱仪（可调谐滤光片、光楔滤光片）以及采用衍射??光学元件的成像光谱仪等Ｆ１。本文所述光谱仪采用的是大气遥感领域应用最多??的色散型成像方式。??成像光谱仪的工作原理如图１－１所示，物空间的光辐射进入成像光谱仪，由??成像光谱仪对物空间的一列图像信息进行光谱分光，获取该列的光谱信息。通过??行方向的扫描，得到整个空间区域的光谱图像立方体。??Ｍ入３?■???｜叫Ａｌ??ｈ?ｈ?—｜??［Ｖ?八２??入１入２入３????入ｎ?Ａ３??ｌ?，?ｓ｜?ｍｙｔ?Ｉ，?Ｎ??Ａｉ?Ａ２?Ａ３?Ａｎ?１?，?Ｗ．?，、？?１??—］／?ＩＩＨ－?ｌｂ．．．????谱仅?；??＿＾?．?空间维■、??、?Ａ??扫描方向???ＩＨ??１谱维??图１－１成像光谱仪的工作原理??成像光谱仪的结构简图如图１－２所示，主要由前置望远部分、光谱分光部分??以及成像探测器组成［１８１。观测区域散射、反射光通过前置光学系统在狭缝平面成??像，狭缝此时起到光阑的作用，使地面条带的像通过，而挡掉其他部分的像。从??狭缝射出的光线经准直镜后照射到色散元件（一般为反射式光栅）上，色散元件??将光线进行光谱分光，产生垂直于狭缝方向的光谱分布。展开后的光谱图像经过??物镜汇聚，成像在面阵探测器上。面阵探
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