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| 1 | 科学级TDICCD相机的行频精度显示文摘从工程实际出发,以相机侧摆成像为例,系统分析了行频精度对TDICCD相机成像质量的影响。首先,推导了相机侧摆时焦平面各像元的像移速度求解公式,建立了侧摆角度与像移大小的一般关系式。在此基础上,采用调制传递函数(MTF)作为评价相机成像质量的指标,分析了像移失配对MTF的影响,计算导出了行频精度对成像质量的影响。结果表明,侧摆角度越大,积分级数越高,对行频精度的要求就越高,反之越低。在实际工程应用中(侧摆35°条件下),积分级数为64级和96级成像时,行频精度只要分别不低于0.54%和0.36%就能使MTFmatch≥0.95,满足系统对传递函数的要求。将实验结果与计算分析结果进行对比,验证了分析的正确性,该结论对实际工程应用和设计有指导作用。 | 马天波 郭永飞 李云飞 | 2010 | 光学精密工程2010，18，9： | 45 |
| 2 | 视频小卫星凝视姿态跟踪的仿真与实验显示文摘对视频卫星实现对地凝视成像时的数学模型、姿态跟踪控制器设计和全物理仿真进行了研究。首先,根据卫星轨道运动与姿态运动相关理论,推导了对地凝视时视频小卫星相对轨道坐标系的期望四元数和期望姿态角速度的变化规律。设计了基于误差四元数和误差姿态角速度的PD控制器,并采用李雅普诺夫稳定性理论证明了所设计控制器的稳定性。然后,以在曝光时间内的面阵CCD成像偏差不超过0.3pixel为要求,给出了姿态角控制精度和姿态角速度控制精度的最小极限值。最后,在设计的基于小型三轴气浮台的小卫星姿态控制系统全物理仿真平台上对视频小卫星凝视摄像进行了仿真验证。实验结果表明,小型三轴气浮台的姿态角控制精度优于0.1°,姿态角速度控制精度优于0.01(°)/s,基本满足视频小卫星凝视时面阵CCD高质量成像的要求。 | 孙志远 张刘 金光 徐开 陈茂胜 | 2011 | 光学精密工程2011，19，11： | 20 |
| 3 | 基于差分法的空间相机像移速度矢量计算显示文摘为了实现空间相机精密像移补偿,提出了一种基于差分法的空间相机像移速度矢量计算模型。首先,应用坐标变换建立空间相机对地成像模型,分析了空间相机在垂直摄影、侧摆摄影和前后摆摄影时,目标像点与成像面之间的相对运动情况。然后,根据目标像点在成像面上的匀速运动规律,提出对像点位置坐标进行差分计算求得像移速度矢量的方法。最后,对提出的方法与基于坐标变换的像移速度矢量计算方法进行了比较。结果表明,两种计算方法的相对误差在0.1%以内,验证了该方法的正确性。该方法避免了传统坐标变换法复杂的微分计算,提高了计算速度,亦可应用于同类遥感器的像移矢量计算中。 | 王运 颜昌翔 | 2011 | 光学精密工程2011，19，5： | 19 |
| 4 | 侧摆摄影偏流角和速高比的计算模型显示文摘像移会使图像质量退化,分辨率下降,为此必须对像移进行补偿。文章从空间相机像移补偿的角度出发,建立了卫星遥感中偏流角和速高比的概念;通过坐标转换推导出了卫星在星下点、侧摆、俯仰摄影模式下偏流角和速高比的计算公式,从而可考虑对所产生的像移进行补偿。 | 陈绍龙 | 2010 | 航天器工程2010，19，1： | 16 |
| 5 | 基于大面阵CCD的复消色差航空相机物镜设计显示文摘为了满足航空相机物镜结构简单及高分辨率的要求,提出了一种基于波差法校正长焦距、宽波段的大面阵CCD航空相机物镜二级光谱的方法。介绍了二级光谱的基本原理,给出了波差法设计复消色差物镜的方程组。采用普通光学材料设计了复消色差航空相机物镜,系统焦距为400mm,相对孔径为F/4,工作波段为420~850nm。给出了光学系统图、纵向像差图及调制传递函数图。设计结果表明,采用该方法设计的航空相机物镜在60lp/mm处各视场传递函数均在0.75以上,满足接收器件有效尺寸为36mm×48mm的大面阵CCD成像要求。 | 李玉瑶 唐勇 林昭珩 李宁 | 2009 | 光学学报2009，29，11： | 15 |
| 6 | 姿态对地指向不断变化成像时的像移速度计算显示文摘基于线阵时间延迟积分(TDI)CCD推扫成像原理,分析了敏捷卫星在三轴姿态机动过程中动态成像的像移问题。由于姿态对地指向不断改变会导致像面空间方位不断改变,从而造成像移速度的改变,本文通过坐标变换法推导出了动态成像方式下的像移速度数学解析表达式,仿真得到了不同姿态机动角速度情况下的TDICCD积分时间数量级。数值仿真分析表明:当前50μs级的航天相机在700km的轨道高度可以实现以0.5(°)/s角速度上限进行动态推扫成像;当姿态机动角速度大于0.5(°)/s时,曝光时间越来越短,需要设计更高水平的相机。以上结论表明,对于不同角速度的动态成像任务,需要量化TDICCD积分时间数量级,实现在三轴姿态机动过程中开启光学有效载荷来完成推扫成像的动态成像。 | 黄群东 杨芳 赵键 | 2012 | 光学精密工程2012，20，12： | 15 |
| 7 | 离轴三反航天测绘相机像移对成像质量的影响显示文摘对离轴三反测绘相机的像移模型进行了必要的修正以获得高的测绘精度。对两线阵离轴三反航天测绘相机进行建模,推导了考虑地球曲率的斜视和后视相机的像移速度和偏流角计算公式。以交会角为25°的离轴三反航天测绘相机为例,分析了斜视相机以正视为准调整行周期和偏流角,以及兼顾正视、斜视相机调整偏流角时,像移速度匹配残差和偏流角调整残差对图像质量的影响。分析结果表明,以调制传递函数下降5%为约束,当积分级数大于5时,应分别调整斜视和正视相机的行周期;按正视相机调整斜视相机的偏流角时,积分级数应取71以内;若兼顾正视、斜视相机调整偏流角,当积分级数为96时,对正视、斜视相机的成像质量无本质影响。 | 王国良 刘金国 龙科慧 周磊 郭疆 陈佳豫 余达 孔德柱 | 2014 | 光学精密工程2014，22，3： | 14 |
| 8 | 航天时间延迟积分CCD相机摆扫成像快速几何校正设计与分析显示文摘为实现在轨卫星机动成像条带的快速准确拼接和应用,针对高分辨力卫星在轨推摆扫相结合的机动成像模式,提出了一种光线追迹像移匹配数学建模方法。通过对卫星机动过程中的摆角变化、地球表面面型的影响分析,利用摆扫过程中姿态对地指向不断改变导致的交轨方向速度失配量和成像变形量,补偿相机像面各点处的像移量从而进行快速几何校正。利用小卫星姿态控制系统全物理仿真平台对成像进行了仿真分析。分析结果表明,成像过程中随着扫描角的增加,像面上的像移量增大,成像变形情况也变严重。利用均方误差分析仿真成像与实验成像质量,仿真成像与实验成像相差-0.000011左右,较好地满足地面卫星相机成像仿真需求。对不同扫描角下存在速度失配的图像进行快速几何校正,该校正后图像的均方误差变小。该校正方法具有效率高,便于拼接应用的优点。 | 杨飞 金光 曲宏松 杨秀彬 徐开 张贵祥 | 2014 | 光学学报2014，34，1： | 13 |
| 9 | 宽视场遥感相机像移速度模型及补偿策略显示文摘宽视场遥感相机在轨成像期间,受地球自转、卫星颤振、姿态机动等因素影响而产生像移,导致成像质量降低。为此,提出了一种适用于宽视场遥感相机的像移速度模型,并考虑了离轴角对计算精度的影响,推导了离轴三反相机像移速度和偏流角解析式。以某卫星为例,仿真分析了3种典型成像模式下像移速度和偏流角在焦面的分布情况,仿真结果与定性分析结果一致,验证了像移速度模型的正确性。在此基础上,针对侧摆兼具俯仰成像模式,提出了相应的像移补偿策略。补偿效果表明,卫星侧摆35°兼具俯仰35°成像时,采用全局优化偏流角匹配策略能保证整个焦面区域的调制传递函数(modulation transfer function,MTF)均大于0.95(16级);采用局部优化偏流角匹配策略能保证焦面重点观测目标的MTF大于0.95(96级);采用提出的像移速度匹配策略在分11组调节行周期情况下,能保证整个焦面区域的MTF均大于0.95(16级)。仿真结果表明,提出的像移补偿策略能有效解决侧摆兼具俯仰成像时的像质下降问题,可为宽视场遥感相机像移补偿提供可靠依据。 | 李永昌 金龙旭 李国宁 武奕楠 王文华 | 2018 | 武汉大学学报(信息科学版)2018，43，8： | 13 |
| 10 | 空间相机像移速度计算方法及DSP实现显示文摘为了精确匹配地物运动在空间相机像面上产生的像移,实现了以WGS-84坐标系下航天器位置向量及速度向量、航天器轨道坐标系下姿态角及姿态角速率作为输入参数的像移速度计算方法。首先,在原有像移速度计算模型的基础上选取惯性坐标系,降低了求解轨道倾角和降交点经度的复杂性。通过球面几何的余弦定理直接求解航天器与降交点相对地心夹角的余弦值,避开了原像移速度计算模型中通过判断卫星飞行方向和星下点纬度来求解航天器与降交点相对地心夹角余弦值这一过程。然后,有机联系星下点的经度和纬度与FLASH的地址,避开访问高程数据时繁琐的查表过程。通过分析像移速度残差对相机MTF的影响,评估了像移速度计算模型的可行性。最后,在TI的DSP上实现了像移速度的整个计算过程。分析及实验结果表明,像移速度计算残差为0.15%,引起相机的MTF下降为1%,像移速度计算时间<2ms,满足空间相机对像移速度的计算精度和计算时间等要求。 | 孔德柱 刘金国 吕世良 陈佳豫 武星星 | 2009 | 光学精密工程2009，17，8： | 12 |
| 11 | 基于地球椭球的空间相机侧摆摄影像移补偿显示文摘高分辨率空间相机采用侧摆摄影模式来提高时间分辨率,而地球椭球等因素会使空间相机在侧摆摄影时不同视场位置的像移速度和偏流角不同。针对这一问题,推导了基于地球椭球的空间相机在侧摆摄影时不同视场位置的像移速度和偏流角计算公式。以某立体测绘卫星上携带的高分辨率相机为例,分析了侧摆摄影时统一和分片调整行周期与偏流角对调制传递函数的影响。分析和在轨测试实验表明,以传递函数下降5%为约束,侧摆10°摄影时,若积分级数大于22级,则应分片调整行周期。和统一调整行周期相比,积分级数为32级时,分片调整行周期沿轨方向的传递函数下降从10.28%减少到0.11%。而积分级数固定为16级时,统一调整行周期时的侧摆角不应超过13.2°。 | 武星星 刘金国 | 2014 | 光学精密工程2014，22，2： | 12 |
| 12 | 地球同步轨道二维扫描像移补偿技术建模与分析显示文摘在建立二维扫描观测模型的基础上,提出了基于椭球体地球模型的二维扫描像移补偿方案,给出了任意空间观测到的目标位置的快速迭代算法,并以真实轨道和仿真姿态数据验证了像移补偿模型的实际性能。仿真结果表明,对于长周期(大于一个东西方向扫描行周期)轨道和姿态偏差,可以通过调整仪器坐标系内的扫描轨迹来实现像移补偿;同时,在现有轨道测量和控制条件下,轨道因素引起的瞬时方位角和俯仰角补偿量在0.01°-0.1°量级,且随轨道位置不同而变化。FY-2C卫星在轨偏航轴姿态失配修正实例证实了上述模型的有效性。 | 郭强 张晓虎 | 2007 | 光学学报2007，27，10： | 12 |
| 13 | 视轴抖动对成像质量影响的研究显示文摘为了对振动图像进行稳像处理及相机平台稳定装置的设计提供理论依据,研究了视轴抖动对成像质量的影响。分析了视轴抖动的原因及特点,在此基础上,提出了按图像灰度算法分析振动模糊图像的方法。利用仿真模型获得了视轴抖动情况下,不同抖动参数所对应的模糊图像的仿真图。搭建了一套振动成像实验装置,在实验中加载不同的振动源,可以得到不同振源下的模糊图像。利用图像的灰度均方误差评价成像质量,结果表明:在误差允许范围内,不论是在实验条件下,还是在仿真条件下,视轴抖动对成像质量影响的结果基本一致,从而验证了仿真算法的正确性。在实际应用中,可以通过仿真来分析视轴抖动对成像质量的影响。 | 王婉婷 郭劲 姜振华 王挺峰 王锐 孙涛 | 2014 | 中国激光2014，41，4： | 11 |
| 14 | 应用地球椭球的三线阵立体测绘相机像移补偿显示文摘分析了三线阵立体测绘相机成像原理,针对三线阵立体测绘相机在对地成像过程中存在的前视、正视和后视相机像移速度和偏流角的差异,推导了基于地球椭球的前视、正视和后视相机像移速度和偏流角计算公式。以某三线阵立体测绘相机为例,选取WGS84地球椭球模型,分析了前视相机和后视相机都以正视相机为准调整行周期和偏流角时,像移速度匹配残差和偏流角残差对像质的影响。分析及实验结果表明,以调制传递函数下降5%为约束,当积分级数>2时,应分别调整前视、正视和后视相机的行周期;按正视相机调整前视相机和后视相机的偏流角时,积分级数应取40级以内。 | 武星星 刘金国 | 2011 | 光学精密工程2011，19，8： | 11 |
| 15 | 椭圆轨道TDI CCD相机像移匹配计算与成像验证显示文摘针对椭圆轨道卫星地心距和前进速度时刻变化对航天时间延迟积分(TDI) CCD相机成像的影响,提出了一种矢量映射分析方法来计算椭圆轨道时变的像移速度矢量.通过建立不同的坐标系,将椭圆轨道卫星在轨运行速度和地物随地球自转的线速度映射至TDI CCD相机像面坐标系.以某临界回归椭圆轨道为例,计算了影响航天TDI CCD相机成像的像移速度矢量和数据读出频率.最后,利用小卫星姿态控制系统半物理仿真平台和TDI CCD原理样机对提出的像移速度矢量映射分析方法进行了实验验证.结果表明:临界回归椭圆轨道一个周期内,参数按照等比缩放原则配置时,对应的偏流角、像移速度矢量和靶标移动速度分别为-3.76~3.22(°)、0.1673~0.72 mm/s和19.12~ 82.24 pixel/s,获取的图像能够满足1~2 peixl的目标分辨率.实验结果说明,用提出的方法计算像移速度矢量结果准确,可为椭圆轨道航天TDI CCD相机成像匹配提供可靠依据. | 胡燕 金光 常琳 杨秀彬 | 2014 | 光学精密工程2014，22，8： | 10 |
| 16 | 敏捷卫星一般轨迹主动推扫成像模式设计显示文摘相比于传统对地观测卫星,敏捷卫星可沿滚动、俯仰、偏航三轴进行快速机动,理论上可以实现对地面任意走向条带目标的成像。针对该成像需求,文章设计了敏捷卫星一般轨迹主动推扫成像模式。在一般轨迹主动推扫过程中,卫星三轴姿态均连续变化,文章给出了适用于主动推扫成像过程的姿态规划算法。对于一轨内多个条带目标的成像时序规划问题,建立成像开始时刻规划模型,采用序列二次规划算法对该模型进行求解。针对典型应用场景的仿真算例表明,成像过程规划算法是合理的。从成像质量保障的角度出发,分析了主动推扫成像过程的卫星姿态控制精度、姿态稳定度等影响因素的影响链路,并提出了工程控制要求,可为卫星工作模式设计提供参考。 | 于龙江 蒋方华 姜洋 喜进军 | 2019 | 航天器工程2019，28，1： | 10 |
| 17 | 畸变对TDI-CCD空间相机的影响分析及抑制方法研究显示文摘随着电荷耦合器件(CCD)的不断发展,时间延迟积分电荷耦合器件(TDI-CCD)已成为高分辨率、大F数、轻小型空间相机器件的首选。但受到光学系统畸变的影响,在TDI-CCD积分成像过程中,将不可避免地存在像移,并最终导致成像模糊,使图像调制传递函数(MTF)下降。分析了光学系统畸变引起像移的原因,并给出受畸变影响产生的MTF下降系数fMT,D关于光学系统畸变的表达式。从光学系统设计角度研究了限制fMT,D的方法,给出了光学系统设计结果。设计了焦距f'=9000mm,F数为13.33,成像谱段为400700nm的偏视场同轴四反射低畸变、大视场光学系统。设计结果表明,在使用视场角2ω=2°范围内,波像差优于λ/21,受畸变影响产生的fMT,D为0.969,证明该系统很好地抑制了光学系统畸变对积分成像的影响。研究可为高分辨率、宽视场、大F数的轻小型空间相机的设计提供参考。 | 金光 任秉文 钟兴 | 2013 | 光学学报2013，33，10： | 9 |
| 18 | TDI-CCD全景航空相机的像移速度场计算模型研究显示文摘针对扫描反射镜和电荷耦合器件(CCD)时间延迟积分(TDI)无法完全补偿前向像移和摆扫像移的问题,提出了TDI-CCD全景航空相机像移速度场的计算模型。根据相机结构和像移补偿原理,用坐标变换和共线方程建立了成像几何模型,在此基础上利用微分法推导出像移速度场的解析式。数值分析表明,像点位置越接近CCD靶面的后边缘,扫描角和前向补偿角越大,像移速度越大。对于TDI级数为100、CCD像元数为14000的全景航空相机,当扫描角小于-1.5°、前向补偿角小于4.16°时,可满足最大像移补偿残差小于1pixel的要求。实验结果验证了模型的有效性,该模型可作为定量分析TDI-CCD全景航空相机像移补偿误差的理论依据。 | 赵嘉鑫 张涛 杨永明 李昕阳 王德江 | 2014 | 光学学报2014，34，7： | 9 |
| 19 | 航空摆扫成像像移计算与误差分配显示文摘航空摆扫成像时,曝光时间内像点的移动是影响成像质量的重要因素。为了研究三面镜各项误差对像移量的影响,利用齐次坐标变换法建立了像点位移计算模型,准确地引入了摆扫镜轴系误差等常见误差项。在此基础上,分析了三面镜加工装调误差对像点位移量的影响,并比较了像点位移量对各误差项变化的灵敏度。接着,根据系统调制传递函数的指标对像点位移量的范围进行了限定,确定了高图像质量允许的像点位移量。最后,对分配后的三面镜误差进行了蒙特卡罗法仿真。仿真结果表明,像点位移量在10^-5 m量级,像移的MTF因子为0.97,满足指标要求。该结论对摆扫相机的结构设计与加工装调有重要的参考价值。 | 徐力智 颜昌翔 李颐 顾志远 | 2019 | 光学精密工程2019，27，10： | 9 |
| 20 | 三线阵立体测绘相机时间系统优化与实时检测显示文摘为了提高三线阵立体测绘相机的时间同步精度,对相机时间系统工作原理进行了分析,建立了三线阵立体测绘相机的相机时间同步误差模型,并根据该模型采取缩短行同步计数器查询周期等多项措施对相机时间系统进行优化。针对相机时间同步误差在摄影过程中会随相机控制器工作时序变化这一现象,提出了一种实时检测相机时间同步精度的方法,用于实时检测并全程记录摄影过程中相机时间同步误差的动态变化,解决了常规仪器由于存储深度不足而无法长期检测这一难题。利用该方法检测了优化后的三线阵立体测绘相机时间系统的时间同步精度,结果表明,摄影过程中三线阵立体测绘相机的时间同步误差≤74.8μs,相机时间同步误差绝对值≤11.2μs的概率不低于0.95,满足技术指标要求。 | 武星星 刘金国 | 2012 | 光学精密工程2012，20，5： | 8 |
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