CN110657783A - 一种用恒星标定光轴指向的空间单镜头立体测绘相机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用恒星标定光轴指向的空间单镜头立体测绘相机，包括镜筒,设置在镜筒内壁一端的平面反射镜,平面反射镜能够通过反射镜转动机构改变平面反射镜的工作角度；光学镜头设置在镜筒内壁另一端，成像探测器设置在安装光学镜头的镜筒端部的内壁上，光学镜头设置在平面反射镜和成像探测器之间，星敏感器A设置在安装光学镜头的镜筒端部的外壁上，星敏感器B设置在与平面反射镜的反射面相反的另一面上。本发明的特点是可以通过恒星对单镜头测绘相机内部光轴精度和平面反射镜转动角度的测定，能够测定相机的实时光轴指向，提高测绘相机的地面定位精度。
Description
技术领域
本发明属于航天光学遥感器技术领域，涉及一种适用于对地观测的可变基高比立体测绘相机，特别是涉及一种用恒星标定光轴指向的空间单镜头立体测绘相机技术。
背景技术
航天立体测绘技术是伴随着航天摄影测量技术在空间遥感领域的发展而产生的，能够快速获得拍摄目标的三维地理信息，是满足我国对自然灾害监测、资源调查、数字化城市建设、公路和铁路建设、水利和资源开发等领域多样详细地理信息数据的迫切需求的关键技术。
随着航天遥感器技术的迅速发展，对测绘相机的轻量化和灵活性的要求不断提高。
美国商业测绘卫星IKONOS-2和法国的SPOT卫星拥有单镜头实现立体测绘的能力。它们是通过卫星姿态摆动的方式改变对地面的测绘角度，实现立体测绘，验证了单镜头立体测绘的可能性。其中，法国的SPOT卫星还具有异轨测绘的能力，展现了极高的测绘灵活性。
然而，整星摆动改变测绘角度的测绘方法要求卫星频繁地改变姿态来完成对地面不同角度的扫描。因此采用整星摆动方法对卫星燃料的消耗严重，会极大地缩短卫星的在轨寿命。
通过平面反射镜摆动的方式也可以改变相机对地面的测绘角度，并且平面反射镜的摆动是由电力驱动，卫星的电能可以通过太阳能帆板不断补充，不会影响卫星的使用寿命。但是可转动的平面反射镜会引入光轴指向精度的误差，需要实时测量相机的光轴指向。
发明内容
针对上述情况，为了解决现有技术缺陷，本发明目的在于提供一种用恒星标定光轴指向的空间单镜头立体测绘相机技术，该相机可以实现高定位精度、可变基高比和轻量化，适用于轻小型和高定位精度的测绘卫星。
本发明的技术方案是：
一种用恒星标定光轴指向的空间单镜头立体测绘相机，其特征在于，包括镜筒,设置在镜筒内壁一端的平面反射镜,平面反射镜能够通过反射镜转动机构改变平面反射镜的工作角度；光学镜头设置在镜筒内壁另一端，成像探测器设置在安装光学镜头的镜筒端部的内壁上，光学镜头设置在平面反射镜和成像探测器之间，星敏感器A设置在安装光学镜头的镜筒端部的外壁上，星敏感器B设置在与平面反射镜的反射面相反的另一面上；光线通过平面反射镜折转后由光学镜头组会聚，最终聚焦在成像探测器上。
所述的平面反射镜与反射镜转动机构连接，可以通过控制反射镜转动机构改变平面反射镜的工作角度，从而改变相机对地面的测绘角度，实现可变基高比的立体测绘。
在上述的一种实时测定光轴指向角度的立体测绘相机，所述的光学镜头、成像探测器都与镜筒固连，对地测绘过程中，相机的内方位元素不发生改变。
在上述的一种实时测定光轴指向角度的立体测绘相机，所述的平面反射镜面形精度很高，其位于不同的工作角度时，只会改变相机对地面的测绘角度，不改变相机的内方位元素。
在上述的一种实时测定光轴指向角度的立体测绘相机，所述的星敏感器B与镜筒固连，星敏感器B以恒星作为参考源来测量自己的精确指向，从而确定相机内部光轴的精确方向。在上述的一种实时测定光轴指向角度的立体测绘相机，所述的星敏感器A与平面反射镜固连，与光学镜头和成像探测器有确定的相对位置关系，星敏感器A以恒星作为参考源来测量自己的精确指向，从而精确地确定平面反射镜的工作角度，从而修正机械转动误差，提高测绘精度。
在上述的一种实时测定光轴指向角度的立体测绘相机，通过星敏感器B测定相机的内部光轴方向和星敏感器A测定平面反射镜的转动角度，可以准确确定相机对地面的光轴指向，提高地面定位精度。
在上述的一种实时测定光轴指向角度的立体测绘相机，所述的镜筒上有一个开口，开口设置在在安装平面反射镜的镜筒端部的上端部，开口的存在使星敏感器在镜筒内部也可以完成对恒星的观测；所述的开口位于平面反射镜背部的镜筒上，由开口处进入的杂散光会被平面反射镜阻挡，无法进入光学镜头。
本发明与现有技术相比有如下有益效果：
1.本发明通过引入平面反射镜，使单镜头立体测绘相机对地面的测绘角度灵活可变，可以根据不同特征的地物，实现可变基高比的双线阵立体测绘。
2.本发明仅使用一个镜头就可以实现立体测绘功能，有利于测绘相机的轻小型设计，为测绘卫星的小型化提供了思路及技术支持。
3.本发明通过两组星敏感器实现对相机内部光轴指向精度和平面反射镜转动角度的测定，能够有效测定相机的实时光轴指向，提高测绘相机的地面定位精度。
附图说明
图1为背景技术中卫星整星摆动测绘示意图；
图2为本发明一种用恒星标定光轴指向的空间单镜头立体测绘相机***示意图；
图3为本发明方案采用两个测绘角度的测绘过程示意图。
图2中：1、平面反射镜，2、反射镜转动机构，3、镜筒，4、镜筒上的开口，5、星敏感器A，6、成像镜头，7、成像探测器，8、星敏感器B，9、相机内部的光轴，10、相机指向地面的光轴；
具体实施方式
为了使本发明的目的、特征和优点更加的清晰，以下结合附图及实施例，对本发明的一种具体实施方式做出更为详细的说明，在下面的描述中，阐述了很多具体的细节以便于充分的理解本发明，但是本发明能够以很多不同于描述的其它方式来实施，因此，本发明不受以下公开的具体实施例的限制。
如图1所示为本发明结构示意图，由图可知本发明所述的立体测绘相机包括：平面反射镜1、反射镜转动机构2、镜筒3、星敏感器A 5、光学镜头6、成像探测器7、星敏感器B 8。
光线经过平面反射镜1折转后与光学镜头6会聚，最终聚焦在成像探测器7上。
所述的平面反射镜1与反射镜转动机构2连接，可以通过控制反射镜转动机构2使平面反射镜在箭头所示的方向转动一定的角度，从而改变相机对地面的测绘角度θ。
所述的光学镜头6、成像探测器7都与镜筒3固连，有确定的相对位置关系，对地测绘过程中，相机的内方位元素不会发生改变。
所述的平面反射镜1面形精度很高，其位于不同的工作角度时，只会改变相机对地面的测绘角度θ，不改变相机的内方位元素。
所述的星敏感器B 8与镜筒3固连，从而与光学镜头6和成像探测器7有确定的相对位置关系，星敏感器B 8以恒星作为参考源，用来测定相机内部光轴9的精确方向。
所述的星敏感器A 5与平面反射镜1固连，与光学镜头6和成像探测器7有确定的相对位置关系，星敏感器A 5以恒星作为参考源，用来测定平面反射镜1的精确转动角度，测量精度可以达到2″，因此能够修正机械转动误差，提高地面定位精度。
通过星敏感器B 8和星敏感器A 5的配合，可以准确测定相机的内部光轴方向9和平面反射镜1的转动角度，从而确定相机对地面的光轴指向10，提高地面定位精度。
所述的镜筒3上有一个开口4，开口4的存在使星敏感器A 5在镜筒内部也可以完成对恒星的观测。
所述的开口4位于平面反射镜4背部的镜筒3上，由开口处进入的杂散光会被平面反射镜4阻挡，无法进入成像镜头6。
其工作过程如图3所示：初始时刻，相机处于前视45°工作状态，卫星位于位置①，此时相机对地面A区域成像；随着卫星向前飞行，相机保持前视45°工作状态对地面扫描成像，一直持续到卫星飞到位置②处，此时相机完成了对AB段的第一次扫描；卫星位于位置②时，转动反射镜，相机转换到正视工作状态，相机再次对星下点A区域成像；卫星继续向前飞行，相机保持正视工作状态完成AB段的第二次扫描。
相机的两次扫描分别得到AB段不同角度的图像，对两个角度的图像进行后期处理，从而得到AB段的三维立体图像。
以上所述仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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的公知技术。
Claims (6)
1.一种用恒星标定光轴指向的空间单镜头立体测绘相机，其特征在于，包括镜筒,设置在镜筒内壁一端的平面反射镜,平面反射镜能够通过反射镜转动机构改变平面反射镜的工作角度；光学镜头设置在镜筒内壁另一端，成像探测器设置在安装光学镜头的镜筒端部的内壁上，光学镜头设置在平面反射镜和成像探测器之间，星敏感器A设置在安装光学镜头的镜筒端部的外壁上，星敏感器B设置在与平面反射镜的反射面相反的另一面上；光线通过平面反射镜折转后由光学镜头组会聚，最终聚焦在成像探测器上；
所述的平面反射镜与反射镜转动机构连接，可以通过控制反射镜转动机构改变平面反射镜的工作角度，从而改变相机对地面的测绘角度，实现可变基高比的立体测绘。
2.根据权利要求1所述的一种用恒星标定光轴指向的空间单镜头立体测绘相机，其特征在于，所述的光学镜头、成像探测器都与镜筒固连，对地测绘过程中，相机的内方位元素不发生改变。
3.根据权利要求1所述的一种用恒星标定光轴指向的空间单镜头立体测绘相机，其特征在于，所述的平面反射镜面形精度很高，其位于不同的工作角度时，只会改变相机对地面的测绘角度，不改变相机的内方位元素。
4.根据权利要求1所述的一种用恒星标定光轴指向的空间单镜头立体测绘相机，其特征在于，所述的星敏感器B与镜筒固连，星敏感器B以恒星作为参考源来测量星敏感器B的精确指向，从而确定相机内部光轴的精确方向；所述的星敏感器A与平面反射镜固连，与光学镜头和成像探测器有确定的相对位置关系，星敏感器A以恒星作为参考源来测量星敏感器A的精确指向，从而精确地确定平面反射镜的工作角度，从而修正机械转动误差，提高测绘精度。
5.根据权利要求1所述的一种用恒星标定光轴指向的空间单镜头立体测绘相机，其特征在于，通过星敏感器B测定相机的内部光轴方向和星敏感器A测定平面反射镜的转动角度，可以准确确定相机对地面的光轴指向，提高地面定位精度。
6.根据权利要求1所述的一种用恒星标定光轴指向的空间单镜头立体测绘相机，其特征在于，所述的镜筒上有一个开口，开口设置在在安装平面反射镜的镜筒端部的上端部，开口的存在使星敏感器在镜筒内部也可以完成对恒星的观测；所述的开口位于平面反射镜背部的镜筒上，由开口处进入的杂散光会被平面反射镜阻挡，无法进入光学镜头。
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