宽幅航天相机焦面关键技术研究

发布时间：2022-11-05 16:05

　　随着空间技术的快速发展,高分辨率的大范围目标快速获取需求日趋强烈,航天光学卫星相机越来越向高分辨率、大地面幅宽方向发展。航天光学相机多数采用线阵TDICCD作为成像传感器、采用推扫模式成像。在卫星随火箭发射的过程中,冲击、振动等恶劣力学条件以及卫星在轨的高度、温度、大气压力等条件变化均可能造成相机成像感光面的位置变化,出现离焦现象。另外,当航天光学相机对星下点进行成像时,由于地球自转、卫星姿态变化等原因,被摄目标速度方向与TDICCD的推扫方向之间存在一个夹角,即偏流角,进而产生与TDICCD推扫方向垂直的横向像移,影响成像质量。宽幅航天相机的视场宽、焦面尺寸大,焦面不同位置的偏流角存在较大差异。同时,相机的高分辨率要求对TDICCD的积分级数要求高,相同的像质要求下,TDICCD的高积分级数所能容许的偏流角较小,因此高分辨率、宽幅航天光学相机的偏流角补偿难度较大。针对高分辨率、宽幅航天光学相机上述需求,本文从以下方面进行了研究:1、对像移补偿理论进行了代数法简化,以此为理论基础进行了宽幅航天相机的偏流角计算,得到了卫星处于不同轨道位置、以不同姿态角度进行成像的条件下焦面不同位置的偏流... 

【文章页数】：171 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 航天相机发展现状及展望
        1.2.1 国外航天相机发展现状
        1.2.2 国内航天相机研究现状
        1.2.3 航天相机发展趋势
    1.3 宽幅航天相机偏流角补偿的研究现状
        1.3.1 偏流角补偿方法研究现状
        1.3.2 偏流角计算方法的研究现状
        1.3.3 相机焦面调整机构的研究现状
    1.4 研究内容与章节安排
第二章 航天相机偏流角计算方法
    2.1 TDICCD与偏流角的关系
        2.1.1 传感器工作原理
        2.1.2 偏流角对像质的影响
    2.2 成像模式与卫星姿态的关系
        2.2.1 星下点成像模式
        2.2.2 侧摆单一条带成像模式
        2.2.3 多轨条带拼接成像模式
        2.2.4 多轨立体成像模式
        2.2.5 同轨立体成像模式
        2.2.6 同轨多目标成像模式
    2.3 偏流角计算方法
        2.3.1 齐次坐标转换法
        2.3.2 坐标系描述
        2.3.3 像移速度及偏流角计算
        2.3.4 基于点向式的代数法简化
    2.4 本章小结
第三章 宽幅航天相机偏流角补偿策略
    3.1 偏流角分布计算
        3.1.1 侧摆角度对偏流角分布的影响
        3.1.2 俯仰角度与偏流角分布的影响
        3.1.3 俯仰角与侧摆角的耦合分析
    3.2 误差分析
    3.3 偏流角补偿方式及策略
        3.3.1 像质约束
        3.3.2 不同成像模式的偏流角补偿方式
        3.3.3 偏流角补偿策略
    3.4 本章小结
第四章 宽幅航天相机焦面拼接设计
    4.1 焦面拼接及组成形式
        4.1.1 焦面分区及组成方式
        4.1.2 机械交错拼接工艺
    4.2 拼接传感器地面幅宽的计算方法
    4.3 搭接像元数计算
        4.3.1 地面幅宽的变化趋势分析
        4.3.2 搭接像元数计算
    4.4 本章小结
第五章 宽幅航天相机焦面调整机构设计
    5.1 总体设计概述
        5.1.1 焦面电箱设计概述
        5.1.2 焦面调整机构的设计要求
    5.2 焦面调整机构设计
        5.2.1 驱动与传动方案选择
        5.2.2 润滑方式选择
        5.2.3 执行模块设计
        5.2.4 材料选择
    5.3 参数设计及精度分析
        5.3.1 调偏流机构运动线性度测试
        5.3.2 参数设计
        5.3.3 位置分辨率计算
        5.3.4 精度分析
    5.4 仿真分析
        5.4.1 动力学仿真
        5.4.2 焦面热分析
        5.4.3 机构热变形分析
    5.5 本章小结
第六章 焦面调整机构测试与试验验证
    6.1 运动线性度测试
    6.2 运动耦合度测试
    6.3 环境试验
        6.3.1 振动试验
        6.3.2 热真空试验
    6.4 焦面发热对机构运动精度的影响测试
    6.5 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 展望
参考文献
附录 不同卫星姿态角及轨道中心角条件下的偏流角分布计算结果
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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本文编号：3702909