Lmccd相機(jī)的時(shí)間同步方法及同步系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】LMCCD相機(jī)的時(shí)間同步方法及同步系統(tǒng)，涉及一種時(shí)間同步系統(tǒng)，解決現(xiàn)有立體測(cè)繪相機(jī)在推掃成像時(shí)，存在定位誤差，從而導(dǎo)致測(cè)繪影像定位精度低，且無法滿足高時(shí)間精度的要求等問題，本發(fā)明將時(shí)標(biāo)產(chǎn)生功能模塊和傳感器時(shí)序產(chǎn)生模塊集成在同一芯片內(nèi)，減小獲取時(shí)標(biāo)的延時(shí)和延時(shí)的不確定時(shí)間；時(shí)標(biāo)產(chǎn)生功能模塊采用計(jì)數(shù)器觸發(fā)模式的純硬件工作模式，避免采用軟件方式帶來的額外時(shí)間誤差；通過自校正工作模式降低晶體頻率漂移造成的計(jì)時(shí)偏差；根據(jù)軌道高度、像元尺寸、主距和交會(huì)角計(jì)算線陣CCD的行周期和面陣CCD的幀周期。為兼顧面陣CCD在定向時(shí)刻攝像和保持面陣和線陣CCD的同步，規(guī)定了面陣CCD的幀周期調(diào)整策略。
【專利說明】LMCCD相機(jī)的時(shí)間同步方法及同步系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種時(shí)間同步系統(tǒng)，具體涉及一種LMCCD相機(jī)的時(shí)間同步系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，傳輸型光學(xué)立體測(cè)繪衛(wèi)星因其可長(zhǎng)期在軌運(yùn)行、快速 獲取三維地理信息的能力，克服了返回式衛(wèi)星因受其攜帶的膠片數(shù)量限制而在軌壽命短、 獲取情報(bào)的時(shí)效性差和不能直接形成數(shù)字影像等不足，已逐漸成為攝影測(cè)量衛(wèi)星發(fā)展的主 流。傳輸型三線陣光學(xué)成像及攝影測(cè)量屬于動(dòng)態(tài)攝影，衛(wèi)星從不同視角多次對(duì)同一目標(biāo)攝 像，通過后期影像處理可確定目標(biāo)的三維空間位置信息。三線陣測(cè)繪衛(wèi)星具有相機(jī)幾何結(jié) 構(gòu)穩(wěn)定、基高比高、立體影像時(shí)間一致、對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)穩(wěn)定度要求較低等優(yōu)點(diǎn)，適用于衛(wèi)星測(cè) 繪領(lǐng)域。
[0003] 國(guó)內(nèi)學(xué)者創(chuàng)造了國(guó)際首例的線面陣混合配置三線陣立體測(cè)繪相機(jī)（LMCXD)測(cè)繪 體制，以三線陣三視角攝影為主，輔以小面陣成像，解決了三線陣測(cè)繪相機(jī)動(dòng)態(tài)攝影測(cè)量中 的航線立體模型扭曲、高程精度差的問題，也解決了傳輸型光學(xué)攝影測(cè)量衛(wèi)星難以實(shí)現(xiàn)無 地面控制點(diǎn)的高精度攝影測(cè)量的問題，使得傳輸型攝影測(cè)量衛(wèi)星的測(cè)繪產(chǎn)品性能達(dá)到了參 數(shù)相當(dāng)?shù)哪z片型框幅式攝影測(cè)量衛(wèi)星的測(cè)繪產(chǎn)品水平。
[0004] 立體測(cè)繪衛(wèi)星在C⑶線陣推掃成像時(shí)，因相差幾毫秒就有可能產(chǎn)生幾米的定位誤 差，從而降低測(cè)繪影像定位精度。因此，為滿足測(cè)繪任務(wù)對(duì)相關(guān)信息的高時(shí)間精度要求，測(cè) 繪衛(wèi)星須增設(shè)高精度有效載荷時(shí)間系統(tǒng)，確保衛(wèi)星在推掃成像時(shí)進(jìn)行嚴(yán)格的時(shí)間同步。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為解決現(xiàn)有立體測(cè)繪相機(jī)在推掃成像時(shí)，存在定位誤差，從而導(dǎo)致測(cè)繪影 像定位精度低，且無法滿足高時(shí)間精度的要求等問題，提供一種LMCCD相機(jī)的時(shí)間同步方 法及同步系統(tǒng)。
[0006] LMCCD相機(jī)的時(shí)間同步方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0007] 步驟一、利用前視控制器、正視控制器和后視控制器內(nèi)部的時(shí)標(biāo)產(chǎn)生模塊，通過自 校正工作模式，采用校驗(yàn)計(jì)數(shù)器，獲得晶體頻率的校正系數(shù)；時(shí)標(biāo)產(chǎn)生模塊在自校正工作模 式結(jié)束后，轉(zhuǎn)換到時(shí)標(biāo)產(chǎn)生工作模式；
[0008] 步驟二、在時(shí)標(biāo)產(chǎn)生工作模式下，時(shí)標(biāo)產(chǎn)生模塊在對(duì)應(yīng)的前視控制器、正視控制器 和后視控制器內(nèi)部的時(shí)序產(chǎn)生模塊輸出曝光開始的時(shí)序信號(hào)時(shí)，記錄當(dāng)前的時(shí)標(biāo)，同時(shí)采 用示波器測(cè)試將所述時(shí)序信號(hào)轉(zhuǎn)換為線陣CCD或面陣CCD管腳的驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)電路的延 時(shí)；所述線陣CCD或面陣CCD曝光時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)標(biāo)為 ：
[0009] 記錄值X校正系數(shù)+電路延時(shí)值；
[0010] 步驟三、根據(jù)軌道高度、線陣C⑶像元尺寸、面陣C⑶像元尺寸、相機(jī)主距和交會(huì)角 計(jì)算線陣CCD的行周期和面陣CCD的幀周期，并對(duì)面陣CCD的幀周期進(jìn)行調(diào)整；實(shí)現(xiàn)LMCCD 相機(jī)的時(shí)間同步。
[0011] 具體過程為：
[0012] 所述線陣C⑶的行周期用公式表示為：
[0013]

【權(quán)利要求】
1.LMCCD相機(jī)的時(shí)間同步方法，其特征是，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)： 步驟一、利用前視控制器、正視控制器和后視控制器內(nèi)部的時(shí)標(biāo)產(chǎn)生模塊，通過自校正 工作模式，采用校驗(yàn)計(jì)數(shù)器，獲得晶體頻率的校正系數(shù)；時(shí)標(biāo)產(chǎn)生模塊在自校正工作模式結(jié) 束后，轉(zhuǎn)換到時(shí)標(biāo)產(chǎn)生工作模式； 步驟二、在時(shí)標(biāo)產(chǎn)生工作模式下，時(shí)標(biāo)產(chǎn)生模塊在對(duì)應(yīng)的前視控制器、正視控制器和后 視控制器內(nèi)部的時(shí)序產(chǎn)生模塊輸出曝光開始的時(shí)序信號(hào)時(shí)，記錄當(dāng)前的時(shí)標(biāo)，同時(shí)采用示 波器測(cè)試將所述時(shí)序信號(hào)轉(zhuǎn)換為線陣CCD或面陣CCD管腳的驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)電路的延時(shí)；所 述線陣CCD或面陣CCD曝光時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)標(biāo)為： 記錄值X校正系數(shù)+電路延時(shí)值； 步驟三、根據(jù)軌道高度、線陣C⑶像元尺寸、面陣C⑶像元尺寸、相機(jī)主距和交會(huì)角計(jì)算 線陣CCD的行周期和面陣CCD的幀周期，并對(duì)面陣CCD的幀周期進(jìn)行調(diào)整；實(shí)現(xiàn)LMCCD相機(jī) 的時(shí)間同步。 具體過程為： 所述線陣CCD的行周期用公式表示為：
式中b為線陣CCD圖像傳感器的像元尺寸；式中G為萬有引力常數(shù)，Μ為地球質(zhì)量，R為 平均地球半徑，Η為飛行器平均離地高度；正視相機(jī)的主距為f， 所述面陣CCD圖像傳感器的行周期為：
式中c為面陣CCD圖像傳感器的像元尺寸； 根據(jù)定向時(shí)刻攝像的原則，面陣CCD圖像傳感器的最佳幀周期為：
式中a為如視和后視相機(jī)夾角的一半； 設(shè)定在定向時(shí)刻需要的面陣(XD圖像分辨率為mXm，m為大于127的正整數(shù)；實(shí)際使用 的面陣(XD圖像傳感器分辨率為pXq，p和q為大于m的正整數(shù)，其中q為沿推掃方向的分 辨率，對(duì)面陣CCD圖像傳感器的幀周期進(jìn)行調(diào)整過程分為兩種情況 ： 一、LMCXD相機(jī)采用間歇攝像工作方式，設(shè)定每次連續(xù)攝像的時(shí)間為tlianxu，
，所述面陣C⑶圖像傳感 器的幀周期為ntline Η，η為大于1的正整數(shù)；
則面陣CCD圖 像傳感器的幀周期為（n+l)tliM H; 二、面陣LMC⑶相機(jī)采用連續(xù)攝像工作方式時(shí)，或者LMCXD相機(jī)采用間歇攝像工作方式 時(shí)，
貝1J面陣CCD圖像傳感器的幀周期為」，所述幀周期」的取值為ntliM H 或（n+1) tline H，i為大于等于0的正整數(shù)； 對(duì)于不同的i，選取的原則是累計(jì)偏差絕對(duì)值小于f-i，所述累計(jì)偏差用公式表示 為：
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LMCCD相機(jī)的時(shí)間同步方法，其特征在于，步驟一的校正系數(shù) 具體獲得過程為：所述校驗(yàn)計(jì)數(shù)器接收晶體產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)，并在每個(gè)時(shí)鐘的上升沿或下 降沿遞增加1，當(dāng)首次接收到GPS秒脈沖信號(hào)的下降沿時(shí)將當(dāng)前校驗(yàn)計(jì)數(shù)器值設(shè)置為0 ;此 后每次接收到GPS秒脈沖信號(hào)的下降沿時(shí)，記錄當(dāng)前校驗(yàn)計(jì)數(shù)器的值，并將當(dāng)前校驗(yàn)計(jì)數(shù) 器值設(shè)置為〇,通過多次對(duì)校驗(yàn)計(jì)數(shù)器的值取平均，獲得校驗(yàn)計(jì)數(shù)器的平均值；將晶體頻率 的標(biāo)稱值和校正計(jì)數(shù)器的平均值相除即獲得校正系數(shù)； 校正系數(shù)為：^ιιιιιιι 〇 校正計(jì)數(shù)器平均值
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LMCCD相機(jī)的時(shí)間同步方法的同步系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括四片面 陣(XD，GPS接收機(jī)及星務(wù)系統(tǒng)，前視線陣(XD、正視線陣(XD、后視線陣(XD以及對(duì)應(yīng)的前 視控制器、正視控制器、后視控制器和前視成像驅(qū)動(dòng)電路、正視成像驅(qū)動(dòng)電路、后視成像驅(qū) 動(dòng)電路，所述前視線陣CCD和后視的線陣CCD各用一個(gè)光學(xué)鏡頭，正視線陣CCD和四片面陣 CCD共用一個(gè)光學(xué)鏡頭；其特征在于， 所述GPS接收機(jī)為前視控制器、正視控制器和后視控制器內(nèi)部的時(shí)標(biāo)產(chǎn)生模塊提供 GPS秒脈沖信號(hào)和時(shí)間信息，在前視控制器、正視控制器、后視控制器內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)標(biāo)；星務(wù) 系統(tǒng)和前視控制器、正視控制器和后視控制器通信，對(duì)前視線陣(XD、正視線陣(XD和后視 線陣CCD進(jìn)行成像控制；所述前視控制器、正視控制器和后視控制器根據(jù)星務(wù)系統(tǒng)的指令， 輸出時(shí)序，分別經(jīng)前視驅(qū)動(dòng)器、正視驅(qū)動(dòng)器和后視驅(qū)動(dòng)器輸出驅(qū)動(dòng)前視CCD、正視CCD和后 視CCD工作；在每次攝像即CCD曝光時(shí)，讀取內(nèi)部的時(shí)標(biāo)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的時(shí)標(biāo)值，所述時(shí)標(biāo) 值乘以經(jīng)過校驗(yàn)的校正系數(shù)，并加上使用示波器測(cè)試的從三個(gè)控制器內(nèi)部的時(shí)序產(chǎn)生模塊 輸出的時(shí)序信號(hào)到線陣CCD或面陣CCD上的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的延時(shí)值，確定線陣或面陣CCD曝光 時(shí)對(duì)應(yīng)時(shí)刻的時(shí)標(biāo)，實(shí)現(xiàn)LMCCD相機(jī)的時(shí)間同步。
【文檔編號(hào)】G01C11/00GK104296727SQ201410531764
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】余達(dá), 劉金國(guó), 周懷得, 郭疆, 陳佳豫, 趙瑩, 孔德柱 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所