本發(fā)明屬于空間遙感相機(jī)在軌調(diào)整，尤其涉及一種基于時(shí)間延遲積分線陣探測(cè)器構(gòu)成的空間遙感相機(jī)的在軌調(diào)優(yōu)方法。

背景技術(shù)：

1、空間遙感相機(jī)發(fā)射入軌后工作在空間微重力環(huán)境條件下，而空間遙感相機(jī)在整個(gè)研制過程中，不可避免地會(huì)受到地面重力的影響，隨著空間遙感相機(jī)的口徑和焦距越來越大，重力對(duì)光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)和檢測(cè)的不利影響被大幅放大，導(dǎo)致大口徑長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)中反射鏡的位姿精度越來越難以保證。空間遙感相機(jī)在地面重力條件下通過裝調(diào)和檢測(cè)達(dá)到最佳性能狀態(tài)時(shí)，實(shí)際上光學(xué)系統(tǒng)中已經(jīng)包含了各反射鏡及其支撐結(jié)構(gòu)還有空間遙感相機(jī)機(jī)身的重力變形，空間遙感相機(jī)發(fā)射過程中會(huì)受到振動(dòng)、沖擊的作用，入軌后在空間微重力環(huán)境下會(huì)發(fā)生重力變形釋放，導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)中各反射鏡的位姿發(fā)生變化，從而使光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的波像差，影響空間遙感相機(jī)的在軌成像質(zhì)量。

2、目前針對(duì)重力變形的解決辦法，主要以地面的重力卸載方法為主，但這種方法很難完全消除重力變形的影響，而且在重力卸載過程中，容易使空間遙感相機(jī)產(chǎn)生局部應(yīng)力，很難保證重力卸載實(shí)施的效果，因此需要提出新的方法來解決因重力影響導(dǎo)致大口徑空間遙感相機(jī)裝調(diào)和檢測(cè)困難的技術(shù)難題。除了地面重力的影響，考慮到發(fā)射過程中的振動(dòng)、沖擊以及在軌溫度變化等環(huán)境因素對(duì)空間遙感相機(jī)的影響也很大，將導(dǎo)致空間遙感相機(jī)入軌后的失調(diào)波像差超出設(shè)計(jì)要求，影響空間遙感相機(jī)的在軌成像質(zhì)量。由于這些因素的影響具有一定的隨機(jī)性，因此只能通過預(yù)估其失調(diào)的極限情況進(jìn)行仿真分析。

3、公布號(hào)為cn113093361a的發(fā)明專利提出了一種空間相機(jī)在軌調(diào)節(jié)方法，空間相機(jī)在發(fā)射前地面的處理步驟包括：（1）裝調(diào)和實(shí)驗(yàn)的溫度與在軌設(shè)計(jì)溫度保持一致；（2）進(jìn)行重力的反向加載，通過系統(tǒng)仿真分析重力對(duì)長(zhǎng)焦距相機(jī)光學(xué)元件相互之間的位置影響、預(yù)估次鏡調(diào)整量范圍；（3）針對(duì)相機(jī)處于地面時(shí)0°和180°兩個(gè)姿態(tài)，定量測(cè)量重力影響導(dǎo)致的次鏡位置調(diào)整量；（4）在相機(jī)發(fā)射前根據(jù)調(diào)整量測(cè)量結(jié)果按照重力影響的反方向進(jìn)行加載，預(yù)先設(shè)置好次鏡位置的調(diào)整方向和調(diào)整量；在次鏡調(diào)整的地面驗(yàn)證步驟包括：（1）將相機(jī)按照在軌姿態(tài)放置，將環(huán)境溫度調(diào)整至在軌設(shè)計(jì)溫度，測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)的波像差，通過次鏡的位置調(diào)整使系統(tǒng)波像差達(dá)到最佳狀態(tài)；（2）將相機(jī)按照在軌姿態(tài)為基準(zhǔn)翻轉(zhuǎn)180度，將環(huán)境溫度調(diào)整至在軌設(shè)計(jì)溫度，測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)的波像差，通過次鏡的位置調(diào)整使系統(tǒng)波像差達(dá)到最佳狀態(tài)；通過此方案確定出次鏡位置調(diào)整量的方向和范圍；在軌次鏡調(diào)整的步驟包括：（1）通過爬坡法進(jìn)行調(diào)焦，獲取最佳的焦面位置，也就是傳遞函數(shù)最大值時(shí)的焦面位置；（2）進(jìn)行x方向的次鏡位置平移調(diào)整，獲取最大傳遞函數(shù)時(shí)次鏡x方向位置；（3）進(jìn)行y方向的次鏡位置平移調(diào)整，獲取最大傳遞函數(shù)時(shí)次鏡y方向的位置；（4）進(jìn)行x方向的次鏡角度旋轉(zhuǎn)調(diào)整，獲取最大傳遞函數(shù)時(shí)次鏡x方向旋轉(zhuǎn)角度；（5）進(jìn)行y方向的次鏡角度旋轉(zhuǎn)調(diào)整，獲取最大傳遞函數(shù)時(shí)y方向旋轉(zhuǎn)角度；同時(shí)還介紹了在軌最佳位置和旋轉(zhuǎn)角度的判斷標(biāo)準(zhǔn)：拍攝地面鋪設(shè)的靶標(biāo)，進(jìn)行精細(xì)的像移匹配，對(duì)地面靶標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)成像，調(diào)整次鏡的位置，通過不同次鏡位置和旋轉(zhuǎn)角度的靶標(biāo)像分析計(jì)算傳遞函數(shù)值，傳遞函數(shù)最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的次鏡位置和角度即為次鏡在軌最佳位置和旋轉(zhuǎn)角度。

4、但該專利未考慮到像移失配、離焦和波像差都可能造成圖像模糊，需要有具體的手段和判斷標(biāo)準(zhǔn)來將三者進(jìn)行剝離，找出影響圖像模糊的原因，才能實(shí)現(xiàn)空間遙感相機(jī)在軌最佳狀態(tài)的調(diào)優(yōu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明創(chuàng)造旨在提供一種空間遙感相機(jī)的在軌調(diào)優(yōu)方法，以解決公布號(hào)為cn113093361a專利無法實(shí)現(xiàn)空間遙感相機(jī)在軌最佳狀態(tài)調(diào)優(yōu)的問題。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、一種空間遙感相機(jī)的在軌調(diào)優(yōu)方法，空間遙感相機(jī)包括相機(jī)控制器、光學(xué)系統(tǒng)、時(shí)間延遲積分線陣探測(cè)器和成像處理單元，光學(xué)系統(tǒng)包括調(diào)焦機(jī)構(gòu)和次鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)，相機(jī)控制器用于接收地面的控制指令，對(duì)調(diào)焦機(jī)構(gòu)和次鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制、對(duì)時(shí)間延遲積分線陣探測(cè)器的工作模式進(jìn)行設(shè)置和對(duì)成像處理單元的工作模式進(jìn)行設(shè)置；

4、在軌調(diào)優(yōu)方法包括如下步驟：

5、s1：通過相機(jī)控制器將時(shí)間延遲積分線陣探測(cè)器的工作模式設(shè)置為面陣工作模式，通過觀星利用次鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)進(jìn)行次鏡粗調(diào)，獲得最佳次鏡位置范圍；

6、s2：維持時(shí)間延遲積分線陣探測(cè)器的面陣工作模式不變，在次鏡粗調(diào)完成后，通過觀星利用調(diào)焦機(jī)構(gòu)進(jìn)行粗調(diào)焦，獲得最佳調(diào)焦位置范圍；

7、s3：維持時(shí)間延遲積分線陣探測(cè)器的面陣工作模式不變，通過對(duì)地面的刃邊目標(biāo)觀測(cè)進(jìn)行靜態(tài)調(diào)制傳遞函數(shù)測(cè)試，在最佳次鏡位置范圍內(nèi)進(jìn)行次鏡精調(diào)，獲得對(duì)應(yīng)最大靜態(tài)調(diào)制傳遞函數(shù)的次鏡位置；

8、s4：維持時(shí)間延遲積分線陣探測(cè)器的面陣工作模式不變，通過對(duì)地面的刃邊目標(biāo)觀測(cè)進(jìn)行靜態(tài)調(diào)制傳遞函數(shù)測(cè)試，在最佳調(diào)焦位置范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)焦位置的精調(diào)，獲得對(duì)應(yīng)最大靜態(tài)調(diào)制傳遞函數(shù)的調(diào)焦位置；

9、s5：通過相機(jī)控制器將時(shí)間延遲積分線陣探測(cè)器的工作模式設(shè)置為線陣工作模式，通過對(duì)地面的刃邊目標(biāo)觀測(cè)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)制傳遞函數(shù)測(cè)試，通過比較兩個(gè)tdi方向的動(dòng)態(tài)調(diào)制傳遞函數(shù)值，將動(dòng)態(tài)調(diào)制傳遞函數(shù)值大的方向作為tdi方向；

10、s6：維持時(shí)間延遲積分線陣探測(cè)器的線陣工作模式不變，通過對(duì)地面的刃邊目標(biāo)觀測(cè)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)制傳遞函數(shù)測(cè)試，通過對(duì)像移速度進(jìn)行正負(fù)偏離，將動(dòng)態(tài)調(diào)制傳遞函數(shù)值最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的速度作為像移速度；

11、s7：若時(shí)間延遲積分線陣探測(cè)器在線陣工作模式下，垂軌方向的圖像清晰，而沿軌方向的圖像模糊，并且時(shí)間延遲積分線陣探測(cè)器在面陣工作模式下，沿軌方向和垂軌方向的圖像均清晰，則判定因tdi方向相反或像移速度失配導(dǎo)致圖像模糊；若時(shí)間延遲積分線陣探測(cè)器在線陣工作模式下，沿軌方向和垂軌方向的圖像均清晰，則判定tdi方向正確或像移速度匹配；若時(shí)間延遲積分線陣探測(cè)器在面陣工作模式下，沿軌方向和垂軌方向的圖像均模糊，則判定因額外因素導(dǎo)致圖像模糊。

12、進(jìn)一步的，通過相機(jī)控制器將時(shí)間延遲積分線陣探測(cè)器的工作模式設(shè)置為面陣工作模式，通過觀星對(duì)地面的刃邊目標(biāo)進(jìn)行靜態(tài)調(diào)制傳遞函數(shù)測(cè)試，對(duì)最佳的次鏡位置和焦面位置進(jìn)行評(píng)價(jià)。

13、進(jìn)一步的，當(dāng)成像處理單元處于正常工作模式時(shí)，對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)理，并輸出調(diào)理后的圖像數(shù)據(jù)；當(dāng)成像處理單元處于觀星調(diào)優(yōu)模式時(shí)，統(tǒng)計(jì)星點(diǎn)目標(biāo)的彌散光斑，以星點(diǎn)目標(biāo)的中心作為坐標(biāo)原點(diǎn)，彌散光斑內(nèi)的灰度值乘以彌散光斑與坐標(biāo)原點(diǎn)的距離進(jìn)行累加，并將計(jì)算結(jié)果反饋回相機(jī)控制器；當(dāng)成像處理單元處于觀地物調(diào)優(yōu)模式時(shí)，基于刃邊法對(duì)動(dòng)態(tài)調(diào)制傳遞函數(shù)與靜態(tài)調(diào)制傳遞函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果反饋回相機(jī)控制器。

14、進(jìn)一步的，額外因素為離焦或波像差超出閾值。

15、進(jìn)一步的，光學(xué)系統(tǒng)的工作波長(zhǎng)λ、焦比f、像元尺寸a之間滿足的約束關(guān)系為：。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明創(chuàng)造能夠取得如下有益效果：

17、（1）通過設(shè)置合理的調(diào)優(yōu)步驟，提高調(diào)優(yōu)效率，從而節(jié)約調(diào)優(yōu)時(shí)間，減少在軌資源的消耗；

18、（2）通過時(shí)間延遲積分線陣探測(cè)器的面陣和線陣工作模式的切換，可快速判斷是否存在像移失配的影響，從而快速進(jìn)行調(diào)優(yōu)問題的定位；

19、（3）通過成像處理單元切換不同的工作狀態(tài)，可在軌快速進(jìn)行相關(guān)結(jié)果的計(jì)算，不需要等待數(shù)據(jù)下傳到地面處理計(jì)算后再進(jìn)行下一步的調(diào)整操作，提高調(diào)優(yōu)的循環(huán)速度，減小循環(huán)周期，從而提高調(diào)優(yōu)效率。