本發(fā)明涉及光電成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種TDI CCD焦面映射至三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)球心的方法。

背景技術(shù)：

空間光學(xué)遙感技術(shù)研究是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)、高投入、高度復(fù)雜而又高精度的系統(tǒng)工程，為保證空間光學(xué)相機(jī)在軌大角度機(jī)動(dòng)成像的性能，必須在地面進(jìn)行全面、深入可靠的理論與物理仿真實(shí)驗(yàn)。高精度姿態(tài)控制三軸氣浮仿真平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái))如圖1所示，可以在地面實(shí)時(shí)模擬衛(wèi)星在軌的微重力環(huán)境下的姿態(tài)，為航天相機(jī)在地面提供一個(gè)真實(shí)可靠的成像仿真環(huán)境。相機(jī)地面的高仿真演示驗(yàn)證，主要將航天TDI CCD相機(jī)放置于三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)上，對(duì)地面目標(biāo)模擬器實(shí)時(shí)成像。

三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)氣體球軸承可以模擬太空環(huán)境并利用臺(tái)體模擬航天本體，但由于氣浮臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心的氣體球軸承體積大、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的局限性，TDI CCD相機(jī)焦平面沒(méi)有辦法安裝在球心上。結(jié)合圖2a，如果將相機(jī)安裝在三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)非球心位置，轉(zhuǎn)臺(tái)沒(méi)有角度變化時(shí)物距相等，球心到目標(biāo)模擬器的距離L1與TDI CCD相機(jī)到目標(biāo)模擬器的距離L2相等；結(jié)合圖2b，當(dāng)三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)俯仰大角度機(jī)動(dòng)時(shí)，L1與L2均發(fā)生變化為L(zhǎng)1′和L2′，物距會(huì)存在一定的偏差△L，從而導(dǎo)致相機(jī)成像行轉(zhuǎn)移時(shí)間和偏流角計(jì)算出現(xiàn)誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有航天TDICCD相機(jī)在對(duì)地面目標(biāo)模擬器實(shí)時(shí)成像時(shí)，存在物距偏差，導(dǎo)致相機(jī)成像行轉(zhuǎn)移時(shí)間和相機(jī)偏流角計(jì)算出現(xiàn)誤差等問(wèn)題，提供一種TDI CCD相機(jī)焦面映射至三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)球心的方法。

TDI CCD相機(jī)焦面映射至三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)球心的方法，將TDICCD相機(jī)安裝在三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)的上臺(tái)面上，并使所述TDICCD相機(jī)焦面的法線向下垂直三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面；將45°平面反射鏡放置于三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)的工作平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)TDI CCD相機(jī)焦面映射至三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)球心。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明在三軸氣浮臺(tái)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了將TDI CCD焦面映射至三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)球心的投影方法。在不改變?nèi)S氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)械機(jī)構(gòu)的前提下，通過(guò)搭建與三軸轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面成45°角的平面反射鏡的方法將TDI CCD焦面映射至氣浮臺(tái)氣體球軸承中心，提高了相機(jī)機(jī)動(dòng)成像時(shí)物距的精確性，大大拓展了TDI CCD相機(jī)與氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)地面仿真系統(tǒng)在大角度機(jī)動(dòng)成像、多模式成像的應(yīng)用領(lǐng)域。

本發(fā)明所述的方法彌補(bǔ)了小型傘型三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)空間設(shè)計(jì)的局限性，采用氣浮球中心所在平面上安放傾角為45°的平面反射鏡方案，利用平面反射鏡反射原理，將光學(xué)相機(jī)焦面映射至氣浮球中心位置，補(bǔ)償了隨著氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài)機(jī)動(dòng)由于相機(jī)安裝位置無(wú)法處于球心處所產(chǎn)生的物距差，實(shí)現(xiàn)了隨氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài)角度變化的相機(jī)成像物距的精準(zhǔn)計(jì)算。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單可靠、易行，提高了成像參數(shù)計(jì)算的精準(zhǔn)度，拓展了TDI CCD相機(jī)與氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)地面仿真系統(tǒng)在大角度機(jī)動(dòng)成像、多模式成像的應(yīng)用領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a為相機(jī)放置于三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)的非球心位置，轉(zhuǎn)臺(tái)沒(méi)有角度變化時(shí)物距相等，圖2b相機(jī)放置于非球心位置，轉(zhuǎn)臺(tái)角度變化時(shí)物距存在偏差；

圖3為本發(fā)明所述的TDI CCD相機(jī)焦面映射至三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)球心的方法中TDI CCD相機(jī)焦面映射位置示意圖；

圖4為本發(fā)明所述的TDI CCD相機(jī)焦面映射至三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)球心的方法中TDI CCD相機(jī)的安裝方向示意圖；

圖5為本發(fā)明所述的TDI CCD相機(jī)焦面映射至三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)球心的方法中平面反射鏡的安裝位置示意圖；

圖6為本發(fā)明所述的TDI CCD相機(jī)焦面映射至三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)球心的方法中TDICCD相機(jī)焦面上行轉(zhuǎn)移時(shí)間與繞Y軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度的關(guān)系示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一、結(jié)合圖3至圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，TDI CCD相機(jī)焦面映射至三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)球心的方法，本實(shí)施方式為了做到無(wú)物距偏差，實(shí)現(xiàn)行頻等數(shù)據(jù)的精確計(jì)算和嚴(yán)格配準(zhǔn)，將TDICCD相機(jī)安裝在三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)的上臺(tái)面上，焦面法線垂直向下，將45°平面反射鏡放置于氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)的工作平臺(tái)上，根據(jù)平面反射鏡物距像距相等映射原理，使TDI CCD焦面映射至三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)球心，調(diào)整TDI CCD相機(jī)使推掃成像方向與目標(biāo)機(jī)動(dòng)方向一致，三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)在機(jī)動(dòng)過(guò)程中，物距隨著機(jī)動(dòng)角度變化成一定幾何關(guān)系，物距即可根據(jù)三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)角度的變化進(jìn)行精確計(jì)算。

具體實(shí)施方式二、結(jié)合圖3至圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為具體實(shí)施方式一所述的TDI CCD相機(jī)焦面映射至三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)球心的方法的實(shí)施例：

一、考慮相機(jī)在三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)上的運(yùn)動(dòng)方向，以及地面目標(biāo)模擬器相對(duì)于TDI CCD相機(jī)焦面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向，確定TDI CCD相機(jī)的擺放方向，結(jié)合圖4，根據(jù)平面反射鏡的成像原理，物經(jīng)平面反射鏡成像時(shí)，成正立的、與物同等大小的像。TDI CCD相機(jī)焦面與TDI CCD相機(jī)焦面的像關(guān)于平面反射鏡對(duì)稱。地面目標(biāo)模擬器上的靶標(biāo)從上至下運(yùn)動(dòng)時(shí)，由平面反射鏡成像原理，將TDI CCD的第一級(jí)行轉(zhuǎn)移放置在垂直于三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)的X軸方向，TDI CCD行轉(zhuǎn)移方向與三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)X軸方向一致。

二、確定相機(jī)焦面與平面反射鏡、平面反射鏡與氣浮軸心的距離。根據(jù)平面反射鏡的成像原理，在三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)的傘型平臺(tái)上安裝45°的平面反射鏡，使得物距(h₁)等于像距(h₂)，即平面反射鏡距三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)中心軸的距離與TDI CCD相機(jī)所在平面與氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心所在平面的垂向距離相等，如圖5所示。

本實(shí)施方式中，將TDI CCD焦面映射至三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)球心，則物距h為

其中，為三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)繞Y軸旋轉(zhuǎn)的角度；

H為氣浮球中心至目標(biāo)模擬器的垂直距離；

如果靶標(biāo)的行轉(zhuǎn)移速度為v；f為相機(jī)的焦距；則相機(jī)焦面上的行轉(zhuǎn)移速度v′為

$v^{\′}=\frac{v}{h}\·f$

從而可得到TDI CCD焦面上的行轉(zhuǎn)移時(shí)間：

已知H＝3.88m，V＝0.1m，f＝6mm，p＝8.75μm，其中p為T(mén)DICCD的像元尺寸，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出行轉(zhuǎn)移時(shí)間與三軸氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)動(dòng)角的關(guān)系如圖6所示，行轉(zhuǎn)移時(shí)間與機(jī)動(dòng)角成一定比例關(guān)系，補(bǔ)償了由于相機(jī)安裝位置無(wú)法處于球心處所產(chǎn)生的物距差。

顯然，上述實(shí)例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。