CN108955640A - 基于合成孔径技术的空间可重构遥感相机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于合成孔径技术的空间可重构遥感相机，包括若干个遥感相机模块(1)和一个合成孔径辅助***，合成孔径辅助***由合成孔径共相校正器模块(2)、合成孔径光束合成器模块(3)、合成孔径光束分光器模块(4)、合成孔径共相探测器模块(5)、合成孔径成像聚焦模块(6)与合成孔径成像探测器模块(7)组成。每个遥感相机模块既可以处于单独工作模式，也可以进行空间重构形成合成孔径工作模式。当不需要对地高分辨成像时，此时每个遥感相机处于单独工作模式；当需要对地高分辨成像时，此时这些遥感相机会围绕合成孔径辅助***进行空间重构形成合成孔径工作模式。本发明能够实现等效大口径遥感相机的成像分辨率。
Description
技术领域
本发明涉及一种空间遥感相机，特别涉及一种基于合成孔径技术的空间可重构遥感相机。
背景技术
遥感相机作为一种直接对地观测成像设备，在农业、林业、海洋、国土资源调查中起到至关重要的作用，通过遥感相机获取到的地面观测图像能够提供其他设备所无法比拟的原始数据信息，因此在空间科学和监测普查等技术领域具有广泛的应用。根据光学衍射原理，如果遥感相机的成像望远镜直径为D，成像波段为λ，则对地观测的衍射极限角分辨率为1.22λ/D，因此遥感相机成像望远镜的口径D直接决定了其对地面目标的成像分辨能力。为了获取地面目标更高分辨率的遥感图像，必然要增大成像望远镜的口径，然而望远镜的口径增大受到了诸多条件的限制，例如玻璃制造材料、加工检测技术、发射运行成本、运载能力制约等，因此传统单口径望远镜的遥感相机技术很难适应未来高分辨率遥感观测的发展需求。例如美国著名的哈勃太空望远镜，口径达到2.4米，整个***重达11吨多，体积和重量已经接近了火箭的极限运载能力。近年来受到关注的詹姆斯·韦伯太空望远镜，主镜采用分块镜拼接形式，火箭发射时这些分块镜折叠放置在发射舱内，到达指定轨道后分块镜伸展打开形成巨大的6.5米主镜。虽然詹姆斯·韦伯太空望远镜通过分块镜拼接方式避免了单口径尺寸增大所面临的一系列问题，但是不可否认，这种望远镜的造价是非常昂贵的，而且分块镜后面需要配备数量众多的高精密驱动器件来保证拼接后主镜面形的一致性，因此这种空间望远镜很难得到大规模的推广使用。
基于合成孔径技术的空间可重构遥感相机，为上述问题提供了一种行之有效的解决思路。基于合成孔径技术的空间可重构遥感相机，由若干个小口径遥感相机与一个合成孔径辅助***组成，这些小口径遥感相机可以处于单独工作模式，每个都可以单独实现对地观测成像，当需要对地高分辨率成像时，则这些小口径遥感相机会围绕合成孔径辅助***进行空间重构来形成合成孔径工作模式，实现对地高分辨率成像观测。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：随着遥感对地观测的分辨率指标要求越来越高，而传统单口径遥感相机在镜面制造、运载能力限制和研制经费等方面存在诸多限制条件。本发明利用若干个小口径遥感相机进行合成孔径重构来实现大口径高分辨率的成像效果，从而有效解决了现有单口径遥感相机高分辨率成像需求时所面临的一系列限制条件。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于合成孔径技术的空间可重构遥感相机，包括遥感相机模块1和一个合成孔径辅助***，合成孔径辅助***由合成孔径共相校正器模块2、合成孔径光束合成器模块3、合成孔径光束分光器模块4、合成孔径共相探测器模块5、合成孔径成像聚焦模块6与合成孔径成像探测器模块7组成，每个遥感相机既可以实现单独工作模式，也可以通过空间重构实现合成孔径工作模式；当不需要对地高分辨成像时，此时每个遥感相机处于单独工作模式时，每个遥感相机都能够获得地面观测区域的遥感图像；当需要对地面某一区域进行高分辨率成像时，则这些遥感相机处于合成孔径工作模式，此时每个遥感相机会围绕合成孔径辅助***进行空间重构而形成合成孔径工作模式。
其中，当遥感相机处于合成孔径工作模式时，此时每个遥感相机会围绕合成孔径辅助***进行空间重构，光束经过每个遥感相机以后，会依次经过合成孔径共相校正器模块2与合成孔径光束合成器模块3，随后光束向下传输到合成孔径光束分光器模块4上，光束在合成孔径光束分光器模块4上进行分光，一部分反射光传输进入合成孔径共相探测器模块5，另外一部分透射光传输进入合成孔径成像聚焦模块6后在合成孔径成像探测器模块7上聚焦成像，利用合成孔径共相探测器模块5能够实现遥感相机之间的共相误差精确探测，合成孔径共相校正器模块2能够根据共相误差探测信号实现对遥感相机之间共相误差的补偿校正，从而在合成孔径成像探测器模块7上得到观测区域的高分辨率遥感图像。
其中，所述的遥感相机处于合成孔径工作模式时，这些遥感相机会围绕合成孔径辅助***进行一定排布形状的空间重构，6个遥感相机重构为环形排列的合成孔径工作模式，或者重构为Y形排列的合成孔径工作模式。
其中，所述的合成孔径共相校正器模块2可以采用压电陶瓷驱动结构的器件，或者MEMS结构的器件，或者液晶结构的器件，或者其它能够改变光束波前相位的器件构成。
其中，所述的合成孔径光束分光器模块4可以为强度分光、或光谱分光、或偏振分光。
其中，所述的合成孔径共相探测器模块5可以采用基于条纹追踪的共相探测器件、或者基于色散条纹传感器的共相探测器件、或者基于远场光斑优化的共相探测器件、或者基于相位差法的共相探测器件。
其中，所述的合成孔径成像探测器模块7采用CCD相机或者CMOS相机。
本发明与现有传统单口径遥感相机***相比具有如下优点：
(1)整个***采用若干个小口径的遥感相机与一个合成孔径辅助***组成，这些小口径遥感相机的尺寸都比较小，合成孔径辅助***的尺寸也比较小，完全可以采用传统的火箭***发送到指定轨道，因此大大降低了对火箭运载能力的要求。
(2)每个遥感相机都可以处于单独工作模式，此时这些遥感相机还可以从不同角度实现对同一地面区域的观测，通过图像处理的方式来实现对该区域的三维图像观测，而且这些小口径遥感相机可以针对地面不同区域进行观测，通过图像拼接的方式就能够实现超大幅宽遥感观测，因此通过这些遥感相机的协同工作能够获得比单个遥感相机更多的图像信息。
(3)当需要对地面某一区域进行高分辨率成像观测时，则这些遥感相机会围绕合成孔径辅助***进行空间重构，通过合成孔径辅助***实现这些遥感相机的成像光束合成干涉，并最终在合成孔径辅助***的成像探测器上形成观测区域的高分辨率图像。因此合成孔径工作模式时能够实现大口径遥感相机的高分辨成像能力，同时避免了传统大口径遥感相机光学制造困难、造价昂贵和运载能力限制等问题。
附图说明
图1为基于合成孔径技术的空间可重构遥感相机的基本结构示意图，其中，1为遥感相机模块，2为合成孔径共相校正器模块，3为合成孔径光束合成器模块，4为合成孔径光束分光器模块，5为合成孔径共相探测器模块，6为合成孔径成像聚焦模块，7为合成孔径成像探测器模块；
图2为6个遥感相机进行合成孔径工作模式时采用的环型空间排布重构形式和Y形空间排布重构形式，其中，图2(a)为6个遥感相机进行空间重构，形成环形排布的合成孔径工作模式；图2(b)为6个遥感相机进行空间重构，形成Y形排布的合成孔径工作模式；
图3为两个遥感相机时的一种具体实施方案结构示意图，其中，图3(a)为遥感相机I单独工作模式，图3(b)为合成孔径辅助***，图3(c)为遥感相机II单独工作模式，图3(d)为两个遥感相机空间重构为合成孔径成像工作模式；8为遥感相机主镜，9为遥感相机次镜，10为遥感相机成像聚焦器，11为遥感相机成像探测器，12为遥感相机模式反射镜，13为合成孔径共相校正器，14为合成孔径光束合成器，15为合成孔径光束分光器，16为合成孔径共相探测器，17为合成孔径成像聚焦器，18为合成孔径成像探测器；
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
本实施例的基于合成孔径技术的空间可重构遥感相机，基本结构如图1所示，包括遥感相机模块1、合成孔径共相校正器模块2、合成孔径光束合成器模块3、合成孔径光束分光器模块4、合成孔径共相探测器模块5、合成孔径成像聚焦模块6与合成孔径成像探测器模块7组成，其中遥感相机模块1可以实现单独对地观测成像模式，也可以进行空间重构实现合成孔径对地观测成像模式，合成孔径共相校正模块2用于实现遥感相机之间共相误差的校正，合成孔径光束合成器模块3用于实现遥感相机之间的光束合成，合成孔径光束分光器模块4用于对合成光束进行分光，合成孔径共相探测器模块5用于实现遥感相机之间共相误差的探测，合成孔径成像聚焦模块6用于将合成光束进行聚焦，合成孔径成像探测器模块7用于实现成像探测。
图2表示6个遥感相机空间重构进行合成孔径工作模式时的两种空间排布形式，分别对应环形排布和Y形排布。实际应用中可以按照成像分辨率要求，采用更多的遥感相机，以及采用其它形式的空间排布。
图3表示两个遥感相机时的一种具体实施方案结构示意图。如图3所示，每个遥感相机由遥感相机主镜8、遥感相机次镜9、遥感相机成像聚焦器10、遥感相机成像探测器11和遥感相机模式反射镜12组成。当遥感相机单独工作时，此时遥感相机模式反射镜12放置在位置B，入射光束经过遥感相机主镜8和遥感相机次镜9后入射到遥感相机成像聚焦器10上，遥感相机成像探测器11放置在遥感相机成像聚焦器10的焦面上，则在遥感相机成像探测器11上能够得到遥感观测图像。当遥感相机进行合成孔径工作模式时，则遥感相机I和遥感相机II以合成孔径辅助***为中心进行空间重构，这两个遥感相机中的遥感相机模式反射镜12会从位置B移动到位置A，则光束经过每个遥感相机的遥感相机主镜8、遥感相机次镜9以后，会入射到遥感相机模式反射镜12上，经过反射后会入射到合成孔径共相校正器13上，该共相校正器由两个夹角为90度的反射镜构成，随后光束会入射到合成孔径光束合成器14上，经过合成孔径光束合成器14的反射后，这两束光会继续向下传输入射到合成孔径光束分光器15上，该分光器用于将入射光束进行分光，一部分光被反射进入合成孔径共相探测器16中，另外一部分透射光会入射到合成孔径成像聚焦器17上，合成孔径成像探测器18放置在合成孔径成像聚焦器17的焦面上，从而在合成孔径成像探测器18上得到合成孔径工作时的遥感图像；合成孔径共相探测器16能够实现两个遥感相机的共相误差探测，合成孔径共相校正器13能够实现对该共相误差的校正，经过校正后的光束就能够在合成孔径成像探测器18上得到高分辨率的合成孔径图像。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (7)
1.基于合成孔径技术的空间可重构遥感相机，其特征在于：包括若干遥感相机模块(1)和一个合成孔径辅助***，合成孔径辅助***由合成孔径共相校正器模块(2)、合成孔径光束合成器模块(3)、合成孔径光束分光器模块(4)、合成孔径共相探测器模块(5)、合成孔径成像聚焦模块(6)与合成孔径成像探测器模块(7)组成，每个遥感相机模块既可以进行单独工作模式，也可以通过空间重构进行合成孔径工作模式；当不需要对地高分辨成像时，此时每个遥感相机处于单独工作模式；当需要对地高分辨成像时，此时这些遥感相机会围绕合成孔径辅助***进行空间重构形成合成孔径工作模式。
2.根据权利要求1所述的基于合成孔径技术的空间可重构遥感相机，其特征在于：当遥感相机处于合成孔径工作模式时，此时每个遥感相机会围绕合成孔径辅助***进行空间重构，光束经过每个遥感相机以后，会依次经过合成孔径共相校正器模块(2)与合成孔径光束合成器模块(3)，随后光束向下传输到合成孔径光束分光器模块(4)上，光束在合成孔径光束分光器模块(4)上进行分光，一部分反射光传输进入合成孔径共相探测器模块(5)，另外一部分透射光传输进入合成孔径成像聚焦模块(6)后在合成孔径成像探测器模块(7)上聚焦成像，利用合成孔径共相探测器模块(5)能够实现遥感相机之间的共相误差精确探测，合成孔径共相校正器模块(2)能够根据共相误差探测信号实现对遥感相机之间共相误差的补偿校正，从而在合成孔径成像探测器模块(7)上得到观测区域的高分辨率遥感图像。
3.根据权利要求1所述的基于合成孔径技术的空间可重构遥感相机，其特征在于：遥感相机处于合成孔径工作模式时，这些遥感相机会围绕合成孔径辅助***进行一定排布形状的空间重构，6个遥感相机重构为环形排列的合成孔径工作模式，或者重构为Y形排列的合成孔径工作模式。
4.根据权利要求1所述的基于合成孔径技术的空间可重构遥感相机，其特征在于：合成孔径共相校正器模块(2)可以采用压电陶瓷驱动结构的器件，或者MEMS结构的器件，或者液晶结构的器件，或者其它能够改变光束波前相位的器件构成。
5.根据权利要求1所述的基于合成孔径技术的空间可重构遥感相机，其特征在于：合成孔径光束分光器模块(4)可以为强度分光、或光谱分光、或偏振分光。
6.根据权利要求1所述的基于合成孔径技术的空间可重构遥感相机，其特征在于：合成孔径共相探测器模块(5)可以采用基于条纹追踪的共相探测器件、或者基于色散条纹传感器的共相探测器件、或者基于远场光斑优化的共相探测器件、或者基于相位差法的共相探测器件。
7.根据权利要求1所述的基于合成孔径技术的空间可重构遥感相机，其特征在于：合成孔径成像探测器模块(7)采用CCD相机或者CMOS相机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181207 |
|
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