高轨无缝面阵扫描判断方法栅格法和几何相交法-遥感学报.pdfVIP

高轨无缝面阵扫描判断方法：栅格法和几何相交法 1,2,3 1,2,3 1,2,3 王梅竹 ，黄小仙 ，冯 旗 1. 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083 2. 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室 （上海技术物理研究所），上海 200083 3. 中国科学院大学，北京100049 摘 要：在分析二维指向镜成像原理的基础上，给出了指向镜子图像成像特性以及不同方向、大小的电机转角所引入的 像面旋转。通过画出子图像的边界包络图，直观地给出了扫描角度变化与图像覆盖程度的关系，通过计算得出结论：为得 到北半球覆盖区域广、像面旋转小的图像，应保证反射镜指向北半球时俯仰转角为正。提出了两种无缝拼接的判断方法： 栅格法和几何相交法，并对两种方法进行比较，栅格法能够判断出图像覆盖次数，而几何法在速度和准确度上有很大的优 势。最终，应用本文的两种方法得到了不同扫描角度间隔下地球边缘有无漏扫的情况, 找到基于本文光学系统、可覆盖 全球且无缝拼接图像的最大俯仰、方位转角间隔，为电机转角步距的设置提供理论依据，保证不漏扫的同时提高载荷的时 间分辨率。 关键词：像旋；无缝；静止轨道；二维指向镜；漏扫 中图分类号：TP73 文献标识码：A 引用格式：王梅竹，黄小仙，冯旗. 2017. 地球静止轨道卫星面阵成像无缝拼接的扫描要求.遥感学报, 14(1):7-22 很多研究工作曾围绕此类问题展开。扫描轨迹的 非线性最初在双轴检流扫描计中提出(Pelsue K, 1983)， 0 引 言 在两轴转动的光学扫描仪中被重视。Hafez M(1999, 与极轨卫星相比，地球静止轨道遥感卫星可以对 2003) 、杨志卿( 2004 )提出了轨迹非线性偏差函数和补 同一区域进行高频次观测，从而提高观测的时间分辨 偿方法。像旋问题则在摆扫结合 45 度镜(张锷, 1999; 率。由于受探测器像素规模、光学系统视场限制，需要 孙德新, 2005; 陈强, 2012; 张树青, 2014 ) 、推扫结合二 依靠扫描镜或指向镜扩大观测范围，目前采用的方案 维扫描镜(惠彬, 2005; 王武, 2015) 以及凝视结合二维 基本为两类：线列探测器推扫结合二维扫描；面阵探测 指向镜(李淑英, 2008; 吴凡, 2009) 中均有出现。像旋的 器凝视结合二维指向(周世椿, 2010) 。 存在，会使像面畸变，特征错位(王昱, 2012) ，原本完 线列结合二维扫描的方式包括自旋加步进的对地 全覆盖的多块扫描区域内出现漏扫点。 二维扫描和双扫描镜机械扫描，双扫描镜机械扫描方 因此，本文在分析扫描非线性和像旋对静止卫星 式为东西往复式扫描、南北步进式扫描(王淦泉等, 2014; 二维指向成像影响的基础上，对扫描角度变化与图像 殷东羽, 2016; 惠彬等, 2005 ) 。本文采用的面阵探测器 覆盖程度的关系进行了研究，提出无缝扫描判断方法， 结合二维指向的方式是通过一面指向镜俯仰、方位两 保证在存在像旋的情况下，合理调整电机转角，使多幅 个方向的旋转，指向待观测的区域，通过改变指向镜的 图像的拼接图无地理信息遗漏，且覆盖面积大、扫描效 两维电机转角进行成像，并对成像子图像拼接，扩大卫 率高。提高载荷扫描效率，即可以提高静止卫星的时间 星观测范围。二维指向镜方式可在短时间内获取指定 分辨率，这是静止卫星的关键参数之一。 位置图像信息，体积小，重量轻。但是，当指向镜绕两