本發(fā)明涉及一種成像試驗(yàn)方法，具體地，涉及一種靜止氣象衛(wèi)星恒星敏感的成像試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

隨著遙感衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)水平的提高，通常要求高精度靜止衛(wèi)星對(duì)地成像的圖像精確定位，并配準(zhǔn)到地球標(biāo)稱網(wǎng)格。但衛(wèi)星平臺(tái)和遙感儀器受到空間力學(xué)環(huán)境、熱環(huán)境變化等因素的影響，衛(wèi)星會(huì)存在軌道漂移和姿態(tài)指向偏差，儀器會(huì)產(chǎn)生幾何變形，影響遙感圖像的定位與配準(zhǔn)精度。衛(wèi)星成像導(dǎo)航與配準(zhǔn)技術(shù)可解決此類問(wèn)題：衛(wèi)星對(duì)遙感儀器的二維掃描機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)角度增量補(bǔ)償，將儀器觀測(cè)點(diǎn)在地表的移動(dòng)軌跡引導(dǎo)至預(yù)設(shè)路徑，從而實(shí)現(xiàn)成像導(dǎo)航，使遙感圖像配準(zhǔn)到地球標(biāo)稱網(wǎng)格。靜止遙感衛(wèi)星在軌期間的儀器幾何變形不可直接測(cè)量，可利用儀器對(duì)恒星進(jìn)行敏感成像，獲取恒星在探測(cè)器面陣內(nèi)劃過(guò)的運(yùn)動(dòng)軌跡，通過(guò)提取恒星運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特征參數(shù)，與恒星在慣性系的實(shí)際位置對(duì)比可計(jì)算遙感儀器的在軌變形量。恒星敏感的精度直接關(guān)系到遙感儀器幾何變形的辨識(shí)精度，對(duì)靜止衛(wèi)星對(duì)地成像圖像精確定位配準(zhǔn)精度有重要影響，需在地面充分測(cè)試和驗(yàn)證。

j.lfiorello等人編寫(xiě)的noaa的研究報(bào)告(1989年，編號(hào)n90-13422)對(duì)圖像導(dǎo)航配準(zhǔn)概念和原理進(jìn)行了介紹，提出了通過(guò)儀器觀測(cè)恒星獲取儀器變形參數(shù)的方法，但未闡述恒星敏感的地面驗(yàn)證測(cè)試方法。

專利號(hào)為us4801202、名稱為“methodandapparatusforradiometerstarsensing”的美國(guó)專利描述了靜止氣象衛(wèi)星的輻射計(jì)在軌觀測(cè)恒星的方法，聲明了對(duì)具體操作步驟等的權(quán)力要求，但未闡述恒星敏感的地面驗(yàn)證測(cè)試方法。

專利號(hào)為us4746976、名稱為“sightingsbysatelliteforimagenavigation”的美國(guó)專利介紹了靜止氣象衛(wèi)星儀器在軌觀測(cè)恒星的位置和數(shù)量，聲明了對(duì)觀星時(shí)機(jī)和方向的選取等方法的權(quán)力要求，但未闡述恒星敏感的地面驗(yàn)證測(cè)試方法。

李曉坤、王淦泉、陳桂林在科學(xué)技術(shù)與工程第7卷第6期(2007年3月)的文章《風(fēng)云四號(hào)氣象衛(wèi)星掃描成像儀——可見(jiàn)光通道恒星敏感》中，介紹了風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星掃描成像儀通過(guò)恒星敏感解算儀器內(nèi)部形變的方法，提出通過(guò)加權(quán)分析獲得恒星劃過(guò)探測(cè)器的位置，但未闡述恒星敏感的地面驗(yàn)證測(cè)試方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種靜止氣象衛(wèi)星恒星敏感的成像試驗(yàn)方法，其面向工程實(shí)際，通過(guò)調(diào)節(jié)靶標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)星點(diǎn)模擬恒星劃過(guò)遙感儀可見(jiàn)光通道像元，對(duì)遙感儀恒星敏感性能進(jìn)行評(píng)估，并對(duì)恒星敏感東西、南北方向參數(shù)提取方法進(jìn)行驗(yàn)證。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種靜止氣象衛(wèi)星恒星敏感的成像試驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：建立由兩個(gè)狹縫板十字交叉疊加組成的靜態(tài)星點(diǎn)靶標(biāo)成像系統(tǒng)，調(diào)整靶標(biāo)狹縫寬度生成較大星點(diǎn)，調(diào)整二維直線運(yùn)動(dòng)臺(tái)位置，使星點(diǎn)位于平行光管中央附近；衛(wèi)星對(duì)靜態(tài)星點(diǎn)靶標(biāo)可能出現(xiàn)區(qū)域進(jìn)行較大范圍的區(qū)域掃描成像，觀察遙感圖像中的亮點(diǎn)位置，通過(guò)重心提取法計(jì)算靜態(tài)星點(diǎn)方位；

步驟二：以靜態(tài)星點(diǎn)方位計(jì)算衛(wèi)星遙感儀器指向該位置的二維掃描鏡角度，驅(qū)動(dòng)遙感儀掃描鏡指向該角度，靜態(tài)星點(diǎn)靶標(biāo)應(yīng)該出現(xiàn)在遙感儀器瞬時(shí)視場(chǎng)內(nèi)；

步驟三：調(diào)整靶標(biāo)狹縫尺寸，使星點(diǎn)靶標(biāo)大小接近實(shí)際恒星星點(diǎn)張角；利用平行光管焦距及地球自轉(zhuǎn)角速度計(jì)算靜態(tài)星點(diǎn)靶標(biāo)在二維直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的線位移速度，并以該運(yùn)動(dòng)規(guī)律驅(qū)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)臺(tái)，使星點(diǎn)沿東西方向勻速劃過(guò)探測(cè)器像元；在東西方向每往復(fù)劃過(guò)一次，南北方向利用二維直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)步進(jìn)1/3像元的距離；

步驟四：恒星敏感成像試驗(yàn)結(jié)果評(píng)估。

優(yōu)選地，所述步驟一包括以下步驟：

靶標(biāo)選用兩個(gè)狹縫組成的星點(diǎn)靶標(biāo)，狹縫寬度可調(diào)節(jié)，并將該靶標(biāo)安裝在二維直線運(yùn)動(dòng)臺(tái)上；星點(diǎn)靶標(biāo)狹縫寬度可過(guò)下式進(jìn)行計(jì)算：

d＝fp*θstar

式中，d為靶標(biāo)狹縫寬度，fp為平行光管焦距長(zhǎng)度，θstar為恒星星點(diǎn)張角。

優(yōu)選地，所述步驟四提取恒星劃過(guò)信息，計(jì)算恒星劃過(guò)東西方向中心的時(shí)間和南北像元坐標(biāo)。

優(yōu)選地，所述所述步驟二包括：以步驟一中計(jì)算得到的星點(diǎn)位置作為目標(biāo)位置驅(qū)動(dòng)遙感儀掃描鏡，使遙感儀小視場(chǎng)探測(cè)器指向恒星星點(diǎn)位置。

優(yōu)選地，所述步驟三包括以下步驟：調(diào)整靶標(biāo)星點(diǎn)尺寸，使星點(diǎn)大小與實(shí)際恒星星點(diǎn)張角大小一致；結(jié)合平行光管焦距及地球自轉(zhuǎn)角速度計(jì)算恒星星點(diǎn)線位移速度，并以該速度驅(qū)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)臺(tái)，使星點(diǎn)沿東西方向勻速劃過(guò)探測(cè)器像元；恒星星點(diǎn)線位移速度計(jì)算方法如下：

v＝fp*ωe

式中，v為靶標(biāo)平移速度，fp為平行光管焦距長(zhǎng)度，ωe為地球自轉(zhuǎn)角速度。

優(yōu)選地，所述步驟四包括以下步驟：利用恒星影像進(jìn)出遙感儀探測(cè)器面陣上某一列像元的連續(xù)曝光數(shù)據(jù)，提取恒星影像引起該列像元總灰度值隨時(shí)間的變化關(guān)系式和曲線，將曲線上升段和下降段半功率點(diǎn)時(shí)間的平均值作為恒星影像中心劃過(guò)該列像元中心線的時(shí)刻；根據(jù)恒星影像的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)計(jì)算恒星影像在單列像元內(nèi)的南北向坐標(biāo)分量，利用多列像元南北向坐標(biāo)分量的計(jì)算結(jié)果擬合恒星影像南北向運(yùn)動(dòng)軌跡，提取恒星敏感南北參數(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：本發(fā)明可應(yīng)用于我國(guó)第二代靜止氣象衛(wèi)星風(fēng)云四號(hào)等靜止遙感衛(wèi)星的成像定位與配準(zhǔn)系統(tǒng)研制研發(fā)過(guò)程。本發(fā)明提供的靜止氣象衛(wèi)星恒星敏感的成像試驗(yàn)方法通過(guò)調(diào)節(jié)靶標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)星點(diǎn)模擬恒星劃過(guò)遙感儀可見(jiàn)光通道像元，可對(duì)遙感儀恒星敏感性能進(jìn)行評(píng)估，并對(duì)恒星敏感東西、南北方向參數(shù)提取方法進(jìn)行驗(yàn)證。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為靜止氣象衛(wèi)星地面成像試驗(yàn)示意圖。

圖2為星點(diǎn)靶標(biāo)示意圖。

圖3為星點(diǎn)靶標(biāo)往復(fù)劃過(guò)探測(cè)器視場(chǎng)示意圖。

圖4為發(fā)明實(shí)施步驟示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1至圖4所示，本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)靶標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)星點(diǎn)模擬恒星劃過(guò)遙感儀可見(jiàn)光通道像元，可對(duì)遙感儀恒星敏感性能進(jìn)行評(píng)估，并對(duì)恒星敏感東西、南北方向參數(shù)提取方法進(jìn)行驗(yàn)證.

具體地，根據(jù)本發(fā)明提供的靜止氣象衛(wèi)星恒星敏感的成像試驗(yàn)方法，包括如下步驟：

步驟一：建立由兩個(gè)狹縫板十字交叉疊加組成的靜態(tài)星點(diǎn)靶標(biāo)成像系統(tǒng)，調(diào)整靶標(biāo)狹縫寬度生成較大星點(diǎn)，調(diào)整二維直線運(yùn)動(dòng)臺(tái)位置，使星點(diǎn)位于平行光管中央附近。衛(wèi)星對(duì)靜態(tài)星點(diǎn)靶標(biāo)可能出現(xiàn)區(qū)域進(jìn)行較大范圍的區(qū)域掃描成像，觀察遙感圖像中的亮點(diǎn)位置，通過(guò)重心提取法計(jì)算靜態(tài)星點(diǎn)方位。

步驟二：以靜態(tài)星點(diǎn)方位計(jì)算衛(wèi)星遙感儀器指向該位置的二維掃描鏡角度，驅(qū)動(dòng)遙感儀掃描鏡指向該角度，靜態(tài)星點(diǎn)靶標(biāo)應(yīng)該出現(xiàn)在遙感儀器瞬時(shí)視場(chǎng)內(nèi)。

步驟三：調(diào)整靶標(biāo)狹縫尺寸，使星點(diǎn)靶標(biāo)大小接近實(shí)際恒星星點(diǎn)張角。利用平行光管焦距及地球自轉(zhuǎn)角速度計(jì)算靜態(tài)星點(diǎn)靶標(biāo)在二維直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的線位移速度，并以該運(yùn)動(dòng)規(guī)律驅(qū)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)臺(tái)，使星點(diǎn)沿東西方向勻速劃過(guò)探測(cè)器像元。在東西方向每往復(fù)劃過(guò)一次，南北方向利用二維直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)步進(jìn)1/3像元的距離。

步驟四：提取恒星劃過(guò)信息，計(jì)算恒星劃過(guò)東西方向中心的時(shí)間和南北像元坐標(biāo)。

所述步驟一包括以下步驟：

靶標(biāo)選用兩個(gè)狹縫組成的星點(diǎn)靶標(biāo)，狹縫寬度可調(diào)節(jié)，并將該靶標(biāo)安裝在二維直線運(yùn)動(dòng)臺(tái)上；星點(diǎn)靶標(biāo)狹縫寬度可過(guò)下式(1)進(jìn)行計(jì)算：

d＝fp*θstar(1)

式中，d為靶標(biāo)狹縫寬度，fp為平行光管焦距長(zhǎng)度，θstar為恒星星點(diǎn)張角。

調(diào)整星點(diǎn)靶標(biāo)狹縫寬度生成較大星點(diǎn)，并調(diào)整直線運(yùn)動(dòng)臺(tái)位置，使星點(diǎn)目測(cè)于平行光管中央；通過(guò)遙感儀大范圍掃描成像，尋找星點(diǎn)靶標(biāo)；觀察遙感儀掃描成像獲得的圖像，如果不能搜到星點(diǎn)則擴(kuò)大掃描搜索范圍再次掃描成像，如果已經(jīng)搜到星點(diǎn)，則通過(guò)重心提取法計(jì)算星點(diǎn)在儀器坐標(biāo)系下的位置，如式(2)：

式中，xstar為星點(diǎn)中心在儀器坐標(biāo)系下東西方向角坐標(biāo)，ystar為星點(diǎn)中心在儀器坐標(biāo)系下南北方向角坐標(biāo)，m為遙感儀探測(cè)器行數(shù)，n為遙感儀探測(cè)器列數(shù)，xi為探測(cè)器像元i東西方向角坐標(biāo)，yi為探測(cè)器像元i南北方向角坐標(biāo)。

如圖2所示，縱向狹縫調(diào)節(jié)旋鈕13位于縱向狹縫板14上，橫向狹縫調(diào)節(jié)旋鈕15位于橫向狹縫板16上，縱向狹縫調(diào)節(jié)旋鈕13和橫向狹縫調(diào)節(jié)旋鈕15在模擬星點(diǎn)17交叉，縱向狹縫板14位于橫向狹縫板16的下方。如圖3所示，探測(cè)儀像元18探測(cè)橫行靶移動(dòng)路徑19。

所述步驟二包括以下步驟：以步驟一中計(jì)算得到的星點(diǎn)位置(xstar,ystar)作為目標(biāo)位置驅(qū)動(dòng)遙感儀掃描鏡，使遙感儀小視場(chǎng)探測(cè)器指向恒星星點(diǎn)位置.

所述步驟三包括以下步驟：調(diào)整靶標(biāo)星點(diǎn)尺寸，使星點(diǎn)大小與實(shí)際恒星星點(diǎn)張角大小一致(張角約0.2″)；結(jié)合平行光管焦距及地球自轉(zhuǎn)角速度計(jì)算恒星星點(diǎn)線位移速度，并以該速度驅(qū)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)臺(tái)，使星點(diǎn)沿東西方向勻速劃過(guò)探測(cè)器像元。恒星星點(diǎn)線位移速度計(jì)算方法如下(3)：

v＝fp*ωe(3)

式中，v為靶標(biāo)平移速度，fp為平行光管焦距長(zhǎng)度，ωe為地球自轉(zhuǎn)角速度。

手動(dòng)控制直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，控制星點(diǎn)靶標(biāo)走s曲線路徑，每次東西方向行程結(jié)束后南北單向步進(jìn)1/3像元，使得每個(gè)像元都至少被點(diǎn)亮一次。星點(diǎn)靶標(biāo)南北方向步進(jìn)步長(zhǎng)可通過(guò)下式(4)進(jìn)行計(jì)算：

式中，nsstep為靶標(biāo)南北方向步進(jìn)步長(zhǎng)，fp為平行光管焦距長(zhǎng)度，θpix為遙感儀單個(gè)像元視場(chǎng)張角。

所述步驟四包括以下步驟：利用恒星影像進(jìn)出遙感儀探測(cè)器面陣上某一列像元的連續(xù)曝光數(shù)據(jù)，提取恒星影像引起該列像元總灰度值隨時(shí)間的變化關(guān)系式和曲線，將曲線上升段和下降段半功率點(diǎn)時(shí)間的平均值作為恒星影像中心劃過(guò)該列像元中心線的時(shí)刻；根據(jù)恒星影像的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)計(jì)算恒星影像在單列像元內(nèi)的南北向坐標(biāo)分量，利用多列像元南北向坐標(biāo)分量的計(jì)算結(jié)果擬合恒星影像南北向運(yùn)動(dòng)軌跡，提取恒星敏感南北參數(shù)。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。