CN106292135A - Tdi ccd相机焦面映射至三轴气浮转台球心的方法 - Google Patents

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Abstract

TDI CCD相机焦面映射至三轴气浮转台球心的方法，涉及光电成像技术领域，解决现有航天TDICCD相机在对地面目标模拟器实时成像时，存在物距偏差，导致相机成像行转移时间和相机偏流角计算出现误差等问题，该方法弥补了小型伞型三轴气浮转台空间设计的局限性，采用气浮球中心所在平面上安放倾角为45°的平面反射镜方案，利用平面反射镜反射原理，将光学相机焦面映射至气浮球中心位置，实现了随气浮转台姿态角度变化的相机成像物距的精准计算。本发明方法简单可靠、易行，提高了成像参数计算的精准度，拓展了TDI CCD相机与气浮转台地面仿真***在大角度机动成像、多模式成像的应用领域。

Description

TDI CCD相机焦面映射至三轴气浮转台球心的方法
技术领域
本发明涉及光电成像技术领域，具体涉及一种TDI CCD焦面映射至三轴气浮转台球心的方法。
背景技术
空间光学遥感技术研究是一项高风险、高投入、高度复杂而又高精度的***工程，为保证空间光学相机在轨大角度机动成像的性能，必须在地面进行全面、深入可靠的理论与物理仿真实验。高精度姿态控制三轴气浮仿真平台(以下简称三轴气浮转台)如图1所示，可以在地面实时模拟卫星在轨的微重力环境下的姿态，为航天相机在地面提供一个真实可靠的成像仿真环境。相机地面的高仿真演示验证，主要将航天TDI CCD相机放置于三轴气浮转台上，对地面目标模拟器实时成像。
三轴气浮转台气体球轴承可以模拟太空环境并利用台体模拟航天本体，但由于气浮台旋转中心的气体球轴承体积大、结构设计的局限性，TDI CCD相机焦平面没有办法安装在球心上。结合图2a，如果将相机安装在三轴气浮转台非球心位置，转台没有角度变化时物距相等，球心到目标模拟器的距离L1与TDI CCD相机到目标模拟器的距离L2相等；结合图2b，当三轴气浮转台俯仰大角度机动时，L1与L2均发生变化为L1′和L2′，物距会存在一定的偏差△L，从而导致相机成像行转移时间和偏流角计算出现误差。
发明内容
本发明为解决现有航天TDICCD相机在对地面目标模拟器实时成像时，存在物距偏差，导致相机成像行转移时间和相机偏流角计算出现误差等问题，提供一种TDI CCD相机焦面映射至三轴气浮转台球心的方法。
TDI CCD相机焦面映射至三轴气浮转台球心的方法，将TDICCD相机安装在三轴气浮转台的上台面上，并使所述TDICCD相机焦面的法线向下垂直三轴气浮转台台面；将45°平面反射镜放置于三轴气浮转台的工作平台上，实现TDI CCD相机焦面映射至三轴气浮转台球心。
本发明的有益效果：
本发明在三轴气浮台结构的基础上，提出了将TDI CCD焦面映射至三轴气浮转台球心的投影方法。在不改变三轴气浮转台机械机构的前提下，通过搭建与三轴转台台面成45°角的平面反射镜的方法将TDI CCD焦面映射至气浮台气体球轴承中心，提高了相机机动成像时物距的精确性，大大拓展了TDI CCD相机与气浮转台地面仿真***在大角度机动成像、多模式成像的应用领域。
本发明所述的方法弥补了小型伞型三轴气浮转台空间设计的局限性，采用气浮球中心所在平面上安放倾角为45°的平面反射镜方案，利用平面反射镜反射原理，将光学相机焦面映射至气浮球中心位置，补偿了随着气浮转台姿态机动由于相机安装位置无法处于球心处所产生的物距差，实现了随气浮转台姿态角度变化的相机成像物距的精准计算。本发明方法简单可靠、易行，提高了成像参数计算的精准度，拓展了TDI CCD相机与气浮转台地面仿真***在大角度机动成像、多模式成像的应用领域。
附图说明
图1为现有三轴气浮转台的结构示意图；
图2a为相机放置于三轴气浮转台的非球心位置，转台没有角度变化时物距相等，图2b相机放置于非球心位置，转台角度变化时物距存在偏差；
图3为本发明所述的TDI CCD相机焦面映射至三轴气浮转台球心的方法中TDI CCD相机焦面映射位置示意图；
图4为本发明所述的TDI CCD相机焦面映射至三轴气浮转台球心的方法中TDI CCD相机的安装方向示意图；
图5为本发明所述的TDI CCD相机焦面映射至三轴气浮转台球心的方法中平面反射镜的安装位置示意图；
图6为本发明所述的TDI CCD相机焦面映射至三轴气浮转台球心的方法中TDICCD相机焦面上行转移时间与绕Y轴转过的角度的关系示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图3至图6说明本实施方式，TDI CCD相机焦面映射至三轴气浮转台球心的方法，本实施方式为了做到无物距偏差，实现行频等数据的精确计算和严格配准，将TDICCD相机安装在三轴气浮转台的上台面上，焦面法线垂直向下，将45°平面反射镜放置于气浮转台的工作平台上，根据平面反射镜物距像距相等映射原理，使TDI CCD焦面映射至三轴气浮转台球心，调整TDI CCD相机使推扫成像方向与目标机动方向一致，三轴气浮转台在机动过程中，物距随着机动角度变化成一定几何关系，物距即可根据三轴气浮转台角度的变化进行精确计算。
具体实施方式二、结合图3至图6说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式一所述的TDI CCD相机焦面映射至三轴气浮转台球心的方法的实施例：
一、考虑相机在三轴气浮转台上的运动方向，以及地面目标模拟器相对于TDI CCD相机焦面的相对运动方向，确定TDI CCD相机的摆放方向，结合图4，根据平面反射镜的成像原理，物经平面反射镜成像时，成正立的、与物同等大小的像。TDI CCD相机焦面与TDI CCD相机焦面的像关于平面反射镜对称。地面目标模拟器上的靶标从上至下运动时，由平面反射镜成像原理，将TDI CCD的第一级行转移放置在垂直于三轴气浮转台的X轴方向，TDI CCD行转移方向与三轴气浮转台X轴方向一致。
二、确定相机焦面与平面反射镜、平面反射镜与气浮轴心的距离。根据平面反射镜的成像原理，在三轴气浮转台的伞型平台上安装45°的平面反射镜，使得物距(h1)等于像距(h2)，即平面反射镜距三轴气浮转台中心轴的距离与TDI CCD相机所在平面与气浮转台旋转中心所在平面的垂向距离相等，如图5所示。
本实施方式中，将TDI CCD焦面映射至三轴气浮转台球心，则物距h为
其中，为三轴气浮转台绕Y轴旋转的角度；
H为气浮球中心至目标模拟器的垂直距离；
如果靶标的行转移速度为v；f为相机的焦距；则相机焦面上的行转移速度v′为
v ′ = v h · f
从而可得到TDI CCD焦面上的行转移时间：
已知H＝3.88m，V＝0.1m，f＝6mm，p＝8.75μm，其中p为TDICCD的像元尺寸，经过计算得出行转移时间与三轴气浮转台机动角的关系如图6所示，行转移时间与机动角成一定比例关系，补偿了由于相机安装位置无法处于球心处所产生的物距差。
显然，上述实例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.TDI CCD相机焦面映射至三轴气浮转台球心的方法，其特征是，将TDI CCD相机安装在三轴气浮转台的上台面上，并使所述TDICCD相机焦面的法线向下垂直三轴气浮转台台面；将45°平面反射镜放置于三轴气浮转台的工作平台上，实现TDI CCD相机焦面映射至三轴气浮转台球心。
2.根据权利要求1所述的TDI CCD相机焦面映射至三轴气浮转台球心的方法，其特征在于，所述45°平面反射镜至三轴气浮转台中心的距离与TDI CCD相机所在平面与三轴气浮转台旋转中心所在平面的垂向距离相等。
3.根据权利要求1或2所述的TDI CCD相机焦面映射至三轴气浮转台球心的方法，其特征在于，所述TDI CCD相机的推扫成像方向与目标模拟器上靶标的运动方向一致。
4.根据权利要求3所述的TDI CCD相机焦面映射至三轴气浮转台球心的方法，其特征在于，目标模拟器上的靶标从上至下运动，根据平面反射镜成像原理，将TDI CCD的第一级行转移放置在垂直于三轴气浮转台的X轴方向，TDI CCD行转移方向与三轴气浮转台的X轴方向一致。
5.根据权利要求1所述的TDI CCD相机焦面映射至三轴气浮转台球心的方法，其特征在于，将TDI CCD焦面映射至三轴气浮转台球心，则物距h用公式表示为：
式中，为三轴气浮转台绕Y轴旋转的角度；H为三轴气浮转台球中心至目标模拟器的垂直距离。
6.根据权利要求5所述的TDI CCD相机焦面映射至三轴气浮转台球心的方法，其特征在于，目标模拟器上靶标的行转移速度为v；TDI CCD相机的焦距为f；则TDI CCD相机焦面上的行转移速度v′为
v ′ = v h · F ;
获得TDI CCD焦面上的行转移时间t；
式中，p为TDI CCD相机的像元尺寸。
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