星载超大幅宽红外成像扫描及变焦控制技术研究

发布时间：2020-10-13 11:56

　　 星载超大幅宽高分辨率红外成像仪可以提供高时间分辨率和高空间分辨率的图像遥感数据,在全球植被观测以及精细农业研究领域有着独特的应用优势。由于受到红外光学系统设计以及红外探测器技术水平的限制,需采用光机扫描方式实现超大幅宽红外成像。传统的匀速旋转扫描成像扫描效率低,而扫描效率较高的双向摆扫成像需安装扫描线校正器以及弹簧减震器,扫描机构复杂,可靠性较低。红外成像仪在进行超大幅宽扫描成像时,获得的图像存在严重的地面畸变,不利于遥感数据的定量化研究和应用。为了提高红外成像仪的探测精度以及获取低畸变的红外图像数据,本文对星载超大幅宽红外成像扫描及变焦控制技术进行了研究,研究内容主要包括以下两个方面:(1)介绍国内外星载宽幅红外成像的典型载荷及其扫描成像方式,阐述了超大幅宽高分辨率红外成像的两个关键技术;对超大幅宽红外扫描成像控制系统进行理论分析;搭建扫描及变焦控制系统的硬件平台,并进行了软件设计;对扫描及变焦控制系统的初步性能进行测试,测试结果表明扫描控制系统定位峰值误差为±0.154″,3~o/s的速度峰值误差在±1%以内,最大加速度为386~o/s~2,变焦电机重复定位精度为±0.001mm,满足控制系统指标要求。(2)重点研究了超大幅宽高分辨率红外成像技术中的两个关键技术,针对低畸变、高扫描效率、高可靠性的成像要求,研究了慢速变速扫描以及正弦加速度快速回扫控制技术,并对控制技术进行了仿真和实验。结果表明扫描成像过程的速度稳定度在±0.5%以内;扫描成像的起止角度峰值误差为1.44″;慢速扫描与快速回扫状态切换时的速度误差在0.5%以内,状态切换稳定;慢速扫描成像时间、快速回扫时间、扫描周期时间的峰值误差分别为0.083ms、0.25ms、0.333ms;扫描控制系统的扫描效率达到86%;扫描运动对扫描机构没有造成冲击与振动,可靠性高。针对超大幅宽红外成像的消畸变要求,研究了扫描及变焦控制系统的位置同步控制技术,并进行了同步控制实验以及外景成像实验,实验结果表明扫描控制系统与变焦控制系统具有很好的时间同步性;两个变焦电机的位置同步控制精度达到±0.003mm,连续变焦过程中成像清晰;验证了扫描变焦成像方式可以消除超大幅宽红外成像的地面畸变。本文研究的创新性主要有以下两点:1、研究了低畸变、高扫描效率、高可靠性的红外成像扫描控制技术;2、研究了扫描及变焦控制系统的多电机非线性位置同步控制技术,验证了变焦扫描成像方式可以消除超大幅宽红外成像的地面畸变。以上两个技术的研究成果为将来的空间应用提供了很好的技术积累。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V443.5
【部分图文】：

星载超大幅宽红外成像扫描及变焦控制技术研究转扫描。扫描视场为 110.74°，覆盖地面幅宽 2900。由于扫描角度过大，幅宽边缘部分地面畸变较为严15°范围内的数据（15°处的地面分辨率为 1.5 km。AVHRR/3 的探测器采用一个两级无源辐射制冷器K，同时具备观测深空和内部辐射校正源的能力。其，在进行每一条带扫描过程中均可以对红外波段进

图 1.2 MODIS 外观图Figure 1.2 Photo of the MODIS instrument专题绘图仪（ETM+）题绘图仪（EnhancedThematicMapperPlus，ETM+）和发展的新一代专题绘图仪，是美国第三代陆地卫载荷，于 1999 年成功发射，主要用于探测、分析、+共有 8 个波段，在 TM 原有 7 个波段的基础上增加全色波段，同时热红外波段的地面分辨率由原来的观测能力，ETM+的波段设置及主要用途如表 1.4 所表 1.4 ETM+波段特征Table 1.4 Band characteristics of ETM+ 波段范围（μm） 地面分辨率（m） 主要用途

第 1 章 引言0.520 - 0.900 15 制图学系统结构如图 1.3 所示，采用单面镜摆动扫描成像向和反向扫描过程中均获取观测数据。ETM+的扫描扫描角监测器、2 个弹簧减震器和扫描镜驱动电路组运动范围受到弹簧减震器限制，在换向期间由精确的扭矩量由扫描镜驱动电路的微处理器根据扫描角检使得主动扫描成像时间控制在 60.743 ms 附近。ET幅宽 185 km。扫描镜的扫描周期时间为 142.925 m方式，扫描效率高达 85%[8]。
【参考文献】

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本文编号：2839138