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航天器轨道和姿态参数对光学成像的影响分析

作　者: 仲惟超
导　师: 孙兆伟
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 像移速度矢量 成像质量分析 误差分配
分类号: V412.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


航天光学相机是航天遥感中最重要的遥感器,像移速度矢量是光学遥感成像质量的重要影响因素。在建立像移速度矢量的精确计算模型的基础上,详细分析了各种轨道和姿态参数对成像质量的影响,研究了给定成像指标要求的航天器参数指标的分配问题,并结合蒙特卡罗方法对误差指标分配进行了误差综合。本文的具体工作包括:第一,建立了本文涉及的地心赤道坐标系、卫星轨道坐标系、卫星本体坐标系、相机坐标系和像平面坐标系五个坐标系,并给出了所需的坐标转换关系;系统地分析了TDICCD的成像原理及其成像质量的评价方法,分析表明航天器轨道和姿态参数对光学成像的影响通过由像移速度大小和偏流角来描述的像移速度矢量来体现。第二,在建立从目标到对应像点的五个坐标系的基础上,进行多重坐标转换,得到以目标位置为输入的像移速度矢量计算方法;并根据光学成像中像与物一一对应的特点,得到从像到目标位置的关系方程;然后对计算中涉及的参数进行了整理,给出了计算流程,并结合几种典型工况进行模型和推导过程的仿真验证。由此可以计算出CCD上任一点像元所对应的像移速度矢量。第三,基于得到的像移速度矢量模型,分析了像移速度矢量对相机调制传递函数的影响,在此基础上分别对滚动角、俯仰角和偏航角三个姿态角和滚动角速度、俯仰角速度和偏航角速度三个姿态角速度对像移速度的影响进行分析;接着对TDICCD行转移频率与工作曝光时间进行研究,分析了轨道参数对成像的影响。第四,将像移速度矢量模型进行小姿态角的处理,并综合轨道和姿态参数对成像影响的分析结果,提出了满足成像质量要求的航天器指向度与姿态稳定度的指标分配计算方法。根据提出的指标分配方法为特定的成像质量要求进行了误差指标定分配,并根据蒙特卡罗方法对分配的误差指标进行了误差综合,结果表明分配的误差指标能够满足成像质量的要求,验证了指标分配方法的正确性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 国内外在该方向的研究现状及分析  10-13
    1.2.1 航天光学遥感成像技术的复杂性  10-11
    1.2.2 国内外对航天相机成像质量的研究情况  11
    1.2.3 国外遥感成像的技术方案研究情况  11-12
    1.2.4 TDICCD 技术  12-13
  1.3 主要研究内容  13-15
第2章 基本理论  15-23
  2.1 引言  15
  2.2 坐标系定义及坐标系转换  15-18
    2.2.1 坐标系定义  15-16
    2.2.2 坐标系变换  16-18
  2.3 TDICCD 相机成像原理与评价方法  18-22
    2.3.1 CCD 相机空间分辨率的表示方法  19
    2.3.2 相机的MTF  19-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章 像移速度矢量推导与验证  23-38
  3.1 引言  23
  3.2 像移速度矢量计算推导  23-31
    3.2.1 目标在相机坐标系的位置矢量  23-26
    3.2.2 像在像平面坐标系的位置矢量  26
    3.2.3 计算像移速度与偏流角  26-27
    3.2.4 分量形式  27-31
  3.3 目标位置矢量计算  31-32
  3.4 仿真验证  32-37
    3.4.1 计算流程  32-33
    3.4.2 仿真结果  33-37
  3.5 本章小结  37-38
第4章 航天器轨道和姿态参数对成像的影响分析  38-51
  4.1 引言  38
  4.2 像移速度矢量对MTF 的影响  38-40
  4.3 航天器姿态对成像的影响分析  40-46
    4.3.1 姿态稳定度的影响  40-43
    4.3.2 姿态指向的影响情况  43-46
  4.4 航天器轨道对成像的影响分析  46-50
    4.4.1 像移速度与行转移频率  47-48
    4.4.2 相机的工作时间  48-50
  4.5 本章小结  50-51
第5章 成像质量对航天器指向度与稳定度指标的要求分析  51-63
  5.1 引言  51
  5.2 成像质量对航天器姿态指标的要求与分析  51-56
    5.2.1 偏流角偏差对航天器姿态指标的要求  51-54
    5.2.2 航天器指标的确定  54-55
    5.2.3 误差指标分配  55-56
  5.3 航天器姿态指标分配方法的验证  56-62
    5.3.1 蒙特卡罗方法  56-57
    5.3.2 随机数产生  57-59
    5.3.3 像移速度矢计算值的误差计算  59-62
  5.4 本章小结  62-63
结论  63-65
参考文献  65-68
攻读学位期间发表的学术论文  68-70
致谢  70

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 基础理论及试验 > 飞行力学 > 航天器飞行力学 > 航天器（包括卫星）的轨道
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