面阵摆扫宽幅成像技术研究

发布时间：2017-10-25 10:37

  本文关键词：面阵摆扫宽幅成像技术研究

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【摘要】：当前国际政治形势下,发展大幅宽、高分辨率的红外成像系统对地球环境和国家安全信息获取具有重要意义。然而受限于面阵规模,能够实现高分辨率探测的面阵红外器件单帧成像视场很小,无法满足大幅宽的红外成像需求。采用面阵摆扫的技术方案沿翼展方向进行物面扫描是航空遥感实现大幅宽、高分辨率红外成像的可行之路。本课题以获取视场稳定、像质清晰的大幅宽、高分辨率图像为目标,从面阵摆扫宽幅成像系统的总体设计与分析入手,对面阵摆扫宽幅成像技术、像移补偿技术以及复合平台稳像技术等关键技术展开了深入研究,取得的研究成果主要包括:(1)在整机翼展双程摆扫过程中,触发面阵探测器多次曝光实现了翼展方向的大幅宽、高分辨率成像,并且在飞行方向像移补偿精确的同步配合下,每个扫描行的图像均与飞行方向垂直;(2)针对整机翼展双程摆扫导致的严重像移问题,创新性的提出了一种基于实时视轴跟踪的像移补偿技术。经过飞行方向像移补偿和翼展摆扫像移的实时、同步、高频补偿之后,所获取的大幅宽图像像质清晰、目标细节特征丰富、分辨率高;(3)创新性的提出了一种复合平台稳像技术,将两轴惯性稳定平台的功能直接复合在现有的光机摆扫结构上,在实现飞行方向像移补偿的宽幅摆扫成像的同时,又为成像设备自身配置了惯性稳定平台,保证了成像系统视轴在惯性空间的稳定;(4)研制的样机系统在实验室内进行了模拟飞行试验和外场机载飞行试验,均获取了视场稳定、像质清晰的大幅宽、高分辨率图像。
【关键词】：面阵摆扫 大幅宽、高分辨率成像 像移补偿 复合平台稳像
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(上海技术物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V243.5
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 宽幅成像技术简介11-14
• 1.1.1 物面扫描11-12
• 1.1.2 像面扫描12-13
• 1.1.3 面阵摆扫宽幅成像13-14
• 1.2 面阵摆扫宽幅成像技术发展概况14-21
• 1.2.1 国外宽幅成像技术发展14-20
• 1.2.2 国内宽幅成像技术发展20-21
• 1.3 研究内容及论文安排21-23
• 第2章 面阵摆扫宽幅成像系统总体设计与分析23-41
• 2.1 面阵摆扫宽幅成像的理论分析23-28
• 2.1.1 单程摆扫成像原理23-24
• 2.1.2 双程摆扫成像原理24-26
• 2.1.3 光机摆扫方案26-28
• 2.2 像移补偿系统分析28-34
• 2.2.1 像移补偿的必要性28-29
• 2.2.2 飞行方向像移补偿分析29-31
• 2.2.3 翼展摆扫像移补偿分析31-34
• 2.3 复合平台稳像系统分析34-38
• 2.3.1 稳像的必要性34-36
• 2.3.2 平台稳像36-37
• 2.3.3 复合平台稳像技术方案37-38
• 2.4 光机结构38-39
• 2.5 本章小结39-41
• 第3章 面阵摆扫宽幅成像控制技术研究41-67
• 3.1 整机翼展双程摆扫的控制要求41-44
• 3.2 音圈电机控制策略及原理44-48
• 3.2.1 执行电机性能分析与选型44-45
• 3.2.2 音圈电机工作原理45-47
• 3.2.3 音圈电机数学模型及控制策略47-48
• 3.3 控制系统的硬件设计48-56
• 3.3.1 控制系统的硬件结构48
• 3.3.2 NI CompactRIO测控系统48-51
• 3.3.3 增量式光电编码器51-54
• 3.3.4 电机驱动器54-56
• 3.4 控制系统的软件实现56-65
• 3.4.1 PID控制算法简介56-59
• 3.4.2 软件控制路线59-60
• 3.4.3 NI CompactRIO软件架构60-61
• 3.4.4 软件功能实现61-65
• 3.5 本章小结65-67
• 第4章 像移补偿控制技术研究67-77
• 4.1 飞行方向像移补偿控制技术研究67-73
• 4.1.1 飞行方向像移补偿的控制要求67
• 4.1.2 控制系统的硬件设计67-70
• 4.1.3 控制系统软件实现70-73
• 4.2 翼展摆扫像移补偿控制技术研究73-76
• 4.2.1 翼展摆扫像移补偿的控制要求73
• 4.2.2 控制系统的硬件设计73-75
• 4.2.3 控制系统软件实现75-76
• 4.3 本章小结76-77
• 第5章 复合平台稳像控制技术研究77-89
• 5.1 平台稳像控制技术77-79
• 5.2 载机姿态扰动及其测量79-82
• 5.2.1 载机姿态扰动的定义79-81
• 5.2.2 姿态扰动的测量81-82
• 5.3 控制系统硬件设计82-85
• 5.4 控制系统软件实现85-88
• 5.4.1 复合控制路线85
• 5.4.2 位置反馈与POS正负的统一85-86
• 5.4.3 姿态扰动获取86-87
• 5.4.4 稳像命令的生成87
• 5.4.5 复合控制命令的生成87-88
• 5.5 本章小结88-89
• 第6章 系统测试与功能验证89-109
• 6.1 三环PID测试89-93
• 6.1.1 驱动器速度电流双闭环测试89-92
• 6.1.2 CompactRIO位置环测试92-93
• 6.2 面阵摆扫宽幅成像控制试验结果93-95
• 6.3 像移补偿控制试验结果95-98
• 6.3.1 飞行方向像移补偿控制效果95-97
• 6.3.2 翼展摆扫像移补偿控制效果97-98
• 6.4 复合平台稳像控制试验结果98-104
• 6.4.1 稳像控制效果100-102
• 6.4.2 复合控制效果102-104
• 6.5 室内模拟飞行试验104-106
• 6.6 外场飞行试验106-108
• 6.7 本章小结108-109
• 第7章 总结及展望109-111
• 7.1 主要研究成果及创新点109-110
• 7.2 后续研究工作展望110-111
• 参考文献111-116
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果116

【参考文献】

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本文编号：1093363