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卫星平台在轨颤振对高分辨率遥感器成像质量影响的研究

作　者: 孙阳
导　师: 张学军
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 光学工程
关键词: 遥感平台颤振图像质量计算机仿真成像实验地球同步轨道面阵CCD 凝视成像太阳同步轨道 TDICCD 推扫成像
分类号: V443.5
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在遥感器在轨工作过程中，反作用飞轮、太阳帆板等部件会产生振动。幅度较大、频率较低的大部分振动能够被星上调姿机构补偿和抑制；但幅度更小、频率更高的振动仍会通过平台传递到遥感器，使遥感器发生微弱的颤振，削弱了遥感器姿态的稳定性。由于高分辨率遥感器的单位像元视场张角很小，颤振将导致曝光时间内景物像点模糊，成像质量下降。随着航天器姿控手段、遥感器光学系统设计与制造水平进步，遥感器的地面分辨率不断提高，颤振开始成为影响高分辨率遥感器成像质量的重要因素。研究卫星平台在轨环境颤振对高分辨率遥感成像质量的影响规律，对遥感器性能的提高具有重要意义。论文主要研究工作如下：在国内外关于遥感图像受平台振动降质的理论与实验研究基础上，确定100Hz以内数百μrad振幅的平台颤振为研究对象。根据由地面目标至遥感图像的光学链路思想建立遥感成像仿真模型，基于光线追迹方法，对与平台颤振相关的平台振动谱、卫星定轨、遥感器姿态、光学系统、CCD等成像环节进行建模，实现根据给定参数对指定地面景物区域以凝视或推扫方式进行遥感成像与MTF计算的功能。地球同步轨道凝视成像与太阳同步轨道推扫成像是两种典型的遥感成像环境。使用遥感成像仿真模型对地球同步轨道凝视成像进行成像仿真实验，以不同幅度与频率的正弦振动为输入，以MTF下降5%为标准，讨论了正弦振动输入下图像像质的容忍程度与频率之间的关系。模拟由低通噪声、本底白噪声与振动峰成分组成的典型平台振动谱，分析了图像像质与各成分之间的作用规律，将各颤振成分依对像质的影响强烈程度进行了排序，并讨论了各颤振成分由于强度不同导致对像质的影响差异。在地球同步轨道凝视成像分析的基础上，针对太阳同步轨道TDI推扫成像情况，讨论了相应各种振动情况下像质的变化规律。搭建硬件实验平台，使用压电陶瓷驱动的快速偏摆镜实现高频率、微小幅度的振动，用以模拟平台颤振。对仿真实验中涉及的工况进行了硬件实验验证。硬件实验验证了仿真实验结论的有效性。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-27
  1.1 选题目的及背景  11-13
  1.2 平台颤振与像质作用关系相关研究发展现状  13-25
  1.3 论文的主要研究内容和章节安排  25-27
第2章平台在轨颤振影响下遥感成像仿真模型介绍  27-51
  2.1 引言  27
  2.2 遥感成像仿真模型总体介绍  27-30
  2.3 星地光学信息链路建模  30-38
  2.4 CCD成像建模  38-44
  2.5 平台颤振仿真  44-49
  2.6 本章小结  49-51
第3章平台在轨颤振对地球同步轨道凝视式成像降质的影响规律47  51-73
  3.1 引言  51-52
  3.2 MTF = 0.95 时最大正弦振幅与频率关系  52-56
  3.3 平台振动谱不同成分对面阵凝视像质的影响  56-59
  3.4 低通噪声的形状对面阵凝视成像质量的影响特点  59-62
  3.5 低通噪声与本底白噪声的相对强度对凝视面阵成像质量的影响  62-67
  3.6 振动峰对图像质量的影响  67-70
  3.7 本章小结  70-73
第4章平台在轨颤振对太阳同步轨道推扫式成像降质的影响规律69  73-95
  4.1 引言  73-74
  4.2 太阳同步轨道稳定平台TDI推扫成像与偏流补偿仿真  74-79
  4.3 不同推扫级次下图像质量对平台颤振的忍耐程度  79-83
  4.4 平台振动谱不同成分对TDI推扫成像质量的影响  83-85
  4.5 低通噪声的形状对TDI推扫成像质量的影响特点  85-89
  4.6 低通噪声与本底白噪声的相对强度对TDI推扫成像质量的影响  89-92
  4.7 本章小结  92-95
第5章地面模拟平台的实现方案及实验结果分析  95-115
  5.1 引言  95
  5.2 地面模拟平台介绍  95-108
  5.3 平台在轨颤振环境成像实验结果与分析  108-113
  5.4 本章小结  113-115
第6章总结与展望  115-117
  6.1 论文研究工作与创新点总结  115-116
  6.2 展望  116-117
参考文献  117-125
在学期间学术成果情况  125-127
指导教师及作者简介  127-129
致谢  129-130

卫星平台在轨颤振对高分辨率遥感器成像质量影响的研究

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