本發(fā)明涉及一種多通道一體化主被動(dòng)復(fù)合測(cè)繪相機(jī)系統(tǒng)，是一種可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高分辨率可見(jiàn)光影像、高精度立體信息等多維度信息綜合獲取的空間光學(xué)遙感系統(tǒng)，屬于空間光學(xué)遙感領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的測(cè)繪相機(jī)多采用兩線陣或三線陣測(cè)繪體制，通過(guò)不同角度的多臺(tái)相機(jī)獲取不同視角的影像對(duì)，實(shí)現(xiàn)高精度立體測(cè)繪。隨著衛(wèi)星平臺(tái)性能不斷提升，高分辨率大比例尺測(cè)繪相機(jī)普遍采用單線陣成像體制，通過(guò)衛(wèi)星敏捷機(jī)動(dòng)，利用單臺(tái)相機(jī)實(shí)現(xiàn)不同視角的影像對(duì)獲取，實(shí)現(xiàn)高精度立體測(cè)繪。

然而，由于受到星敏感器測(cè)姿誤差、GPS定軌誤差、平臺(tái)姿態(tài)穩(wěn)定性引入誤差、星敏感器與相機(jī)視軸指向關(guān)聯(lián)誤差、時(shí)間同步誤差、相機(jī)自身幾何誤差等多種誤差影響，測(cè)繪相機(jī)的定位精度受到較大影響，難以滿足高精度立體測(cè)繪要求。仿真分析表明，測(cè)繪相機(jī)實(shí)現(xiàn)高程精度指標(biāo)的難度較大，星敏感器與相機(jī)視軸指向關(guān)聯(lián)誤差是影響立體測(cè)繪精度的主要誤差源之一。因此，需要對(duì)測(cè)繪相機(jī)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，增加一些輔助功能，實(shí)現(xiàn)高性能復(fù)合測(cè)繪，提高系統(tǒng)的測(cè)繪精度。復(fù)合測(cè)繪相機(jī)與傳統(tǒng)的測(cè)繪相機(jī)相比，增加了高精度激光測(cè)高儀及激光高精度收發(fā)匹配功能，通過(guò)聯(lián)合平差，提高測(cè)繪精度；增加了高精度視軸指向關(guān)聯(lián)功能，大幅提高星敏感器與相機(jī)視軸指向關(guān)聯(lián)精度，進(jìn)一步提高測(cè)繪精度。

目前，高分辨率大比例尺測(cè)繪相機(jī)對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)的定姿定軌精度等提出了極高的要求，目前國(guó)內(nèi)的衛(wèi)星平臺(tái)難以實(shí)現(xiàn)。因此，傳統(tǒng)的測(cè)繪相機(jī)具有較大的局限性，主要在于：

1)傳統(tǒng)的測(cè)繪相機(jī)，通常不具備激光測(cè)高儀，對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)的定姿定軌精度提出了很高的要求，因此，現(xiàn)有平臺(tái)難以滿足1:5000及更大比例尺測(cè)繪精度要求；

2)雖然少數(shù)測(cè)繪相機(jī)配置激光測(cè)高儀，但其激光測(cè)高儀作為獨(dú)立載荷存在，未與高分辨率大比例尺測(cè)繪相機(jī)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，因此整個(gè)相機(jī)系統(tǒng)規(guī)模較大，測(cè)繪相機(jī)與激光測(cè)高儀之間的關(guān)聯(lián)精度較差，難以滿足高精度立體測(cè)繪要求；

3)雖然測(cè)繪相機(jī)普遍配置了高精度星敏感器，用于衛(wèi)星精確定姿，然而由于在軌力熱環(huán)境不斷變化，星敏感器與測(cè)繪相機(jī)之間的視軸指向不斷發(fā)生隨機(jī)變化，而且難以在軌標(biāo)定，星敏感器與測(cè)繪相機(jī)之間的視軸指向關(guān)聯(lián)誤差嚴(yán)重影響了測(cè)繪精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種多通道一體化主被動(dòng)復(fù)合測(cè)繪相機(jī)系統(tǒng)，有效解決了星敏感器與測(cè)繪相機(jī)之間視軸指向關(guān)聯(lián)精度較低的難題。通過(guò)上述方法，實(shí)現(xiàn)了可見(jiàn)光與激光的一體化獲取、激光接收與激光發(fā)射的高精度匹配、星敏感器與測(cè)繪相機(jī)之間高精度視軸指向關(guān)聯(lián)，提高復(fù)合測(cè)繪相機(jī)的測(cè)繪精度。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種多通道一體化主被動(dòng)復(fù)合測(cè)繪相機(jī)系統(tǒng)，包括：多通道一體化相機(jī)、激光發(fā)射器、星敏感器、公共基準(zhǔn)光源、第一導(dǎo)光組件、第二導(dǎo)光組件、第三導(dǎo)光組件、激光指向調(diào)整組件、激光指向記錄探測(cè)器、相機(jī)視軸指向記錄探測(cè)器、星敏視軸指向記錄探測(cè)器、綜合分析控制模塊；

激光發(fā)射器發(fā)射N束激光，通過(guò)激光指向調(diào)整組件后，一部分光被第一導(dǎo)光組件導(dǎo)向多通道一體化相機(jī)，并到達(dá)激光指向記錄探測(cè)器，經(jīng)過(guò)綜合分析控制模塊處理分析后，得出激光接收與激光發(fā)射之間的相對(duì)指向關(guān)系，并驅(qū)動(dòng)激光指向調(diào)整組件進(jìn)行激光指向調(diào)整，保證發(fā)射激光能夠被多通道一體化相機(jī)的激光接收通道充分接收；N為正整數(shù)；

公共基準(zhǔn)光源發(fā)出多束準(zhǔn)直光束，其中一部分準(zhǔn)直光束經(jīng)過(guò)第二導(dǎo)光組件、多通道一體化相機(jī)后到達(dá)相機(jī)視軸指向記錄探測(cè)器；另一部分準(zhǔn)直光束經(jīng)過(guò)第三導(dǎo)光組件、星敏感器后到達(dá)星敏視軸指向記錄探測(cè)器；綜合分析控制模塊對(duì)相機(jī)視軸指向記錄探測(cè)器與星敏視軸指向記錄探測(cè)器上的光斑質(zhì)心位置進(jìn)行運(yùn)算分析，得到相機(jī)與星敏感器之間高精度視軸指向關(guān)系，從而提高了相機(jī)的視軸指向確定精度，進(jìn)而提高了復(fù)合測(cè)繪系統(tǒng)的地面定位精度。

所述激光指向調(diào)整組件，采用可旋轉(zhuǎn)高精度雙光楔或者高精度二維傾斜鏡。

所述的公共基準(zhǔn)光源，由一個(gè)高穩(wěn)定基座和多個(gè)準(zhǔn)直光源組成，準(zhǔn)直光源均安裝于同一高穩(wěn)定基座上，各準(zhǔn)直光源之間保持精確穩(wěn)定的相對(duì)指向關(guān)系，各準(zhǔn)直光源發(fā)出的準(zhǔn)直光束之間保持精確穩(wěn)定的相對(duì)指向關(guān)系。

所述第一導(dǎo)光組件、第二導(dǎo)光組件、第三導(dǎo)光組件為高精度棱鏡組合，包括高精度五角棱鏡、角鏡。

所述的多通道一體化相機(jī)包括高分辨率可見(jiàn)光成像通道、激光接收通道、也可以包含紅外成像通道、高光譜成像通道，將上述通道進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，共用前端主光學(xué)系統(tǒng)，保證各通道之間穩(wěn)定的位置關(guān)系。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明將高分辨率可見(jiàn)光成像通道、高精度激光測(cè)高儀接收通道等進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，各通道共用前端主光學(xué)系統(tǒng)，保證了各通道之間的在軌穩(wěn)定性，可以實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光影像信息、高精度激光高程信息等多維度信息一體化獲取，保證多維度信息之間具有良好的匹配精度，提高多維度數(shù)據(jù)的應(yīng)用效果。

(2)本發(fā)明采用高精度激光收發(fā)匹配的方法，通過(guò)激光指向記錄探測(cè)器對(duì)發(fā)射激光的指向進(jìn)行精確探測(cè)，通過(guò)激光指向調(diào)整組件對(duì)激光的指向進(jìn)行精密調(diào)整，可以保證激光接收與激光發(fā)射之間的匹配精度，提高激光回波探測(cè)效率和激光地面足印點(diǎn)與可見(jiàn)光遙感影像的匹配精度，有利于提高可見(jiàn)光與激光聯(lián)合平差效果，進(jìn)而提高立體測(cè)繪精度。

(3)本發(fā)明采用星敏感器與多通道一體化相機(jī)之間視軸指向關(guān)聯(lián)的方法，通過(guò)共同基準(zhǔn)光源、導(dǎo)光組件、相機(jī)視軸指向記錄探測(cè)器、星敏視軸指向記錄探測(cè)器、綜合分析控制組件等，實(shí)現(xiàn)星敏感器與多通道一體化相機(jī)之間的高精度視軸指向關(guān)聯(lián)，提高的多通道一體化相機(jī)視軸確定精度，進(jìn)而提高立體測(cè)繪精度。

附圖說(shuō)明

圖1為多通道一體化主被動(dòng)復(fù)合測(cè)繪相機(jī)系統(tǒng)組成示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行進(jìn)一步地詳細(xì)闡述。

如圖1所示為本發(fā)明多通道一體化主被動(dòng)復(fù)合測(cè)繪相機(jī)系統(tǒng)組成示意圖，由圖1可知，本發(fā)明提供的多通道一體化主被動(dòng)復(fù)合測(cè)繪相機(jī)系統(tǒng)，包括：多通道一體化相機(jī)、激光發(fā)射器、星敏感器、共同基準(zhǔn)光源、第一導(dǎo)光組件、第二導(dǎo)光組件、第三導(dǎo)光組件、激光指向調(diào)整組件、激光指向記錄探測(cè)器、相機(jī)視軸指向記錄探測(cè)器、星敏視軸指向記錄探測(cè)器、綜合分析控制組件。

多通道一體化相機(jī)主要包括高分辨率可見(jiàn)光成像通道、激光接收通道，也可以包含紅外成像通道、高光譜成像通道等其它成像通道，將這些通道進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，共用前端主光學(xué)系統(tǒng)，以保證各通道之間穩(wěn)定的位置關(guān)系。多通道一體化相機(jī)需要采用高力熱穩(wěn)定性光機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)和高精度熱控技術(shù)等多種手段，以保證各通道之間穩(wěn)定的位置關(guān)系。

激光發(fā)射器，主要由N臺(tái)激光器和N套發(fā)射鏡頭組成，N臺(tái)激光器發(fā)出的N束激光分別經(jīng)過(guò)N套發(fā)射鏡頭準(zhǔn)直擴(kuò)束后，產(chǎn)生N束具有較小發(fā)散角的準(zhǔn)直激光，N束發(fā)射激光經(jīng)過(guò)N組激光指向調(diào)整組件后以不同的角度射向地面，在地面形成N個(gè)離散的激光光斑，即激光足印點(diǎn)。N個(gè)激光光斑通過(guò)地物反射后，被多通道一體化相機(jī)的激光接收通道接收，用于高程測(cè)量。

激光發(fā)射器產(chǎn)生的N束發(fā)射激光，通過(guò)N組激光指向調(diào)整組件后、每一束激光均有一部分光能被第一導(dǎo)光組件導(dǎo)向多通道一體化相機(jī)，并到達(dá)激光指向記錄探測(cè)器，經(jīng)過(guò)綜合分析控制組件運(yùn)算分析，得出激光接收與激光發(fā)射之間的相對(duì)指向關(guān)系，并驅(qū)動(dòng)激光指向調(diào)整組件進(jìn)行激光指向調(diào)整，保證發(fā)射激光能夠被多通道一體化相機(jī)的激光接收通道充分接收，提高激光接收效率與高程測(cè)量精度。第一導(dǎo)光組件為高精度棱鏡組合，包括高精度五角棱鏡、角鏡等。所述激光指向調(diào)整組件，采用N個(gè)可旋轉(zhuǎn)高精度雙光楔或者N個(gè)高精度二維傾斜鏡等，可以實(shí)現(xiàn)光束指向二維精密調(diào)整。激光指向記錄探測(cè)器，為高靈敏度高幀頻小面陣探測(cè)器，通過(guò)計(jì)算激光光斑在其上的質(zhì)心位置，來(lái)分析計(jì)算發(fā)射激光的指向。激光指向記錄探測(cè)器與成像通道的成像探測(cè)器之間應(yīng)保持高精度高穩(wěn)定的位置關(guān)系，進(jìn)而保證激光通道與可見(jiàn)光成像通道之間的良好匹配關(guān)系，以保證主被動(dòng)復(fù)合測(cè)繪精度。。

公共基準(zhǔn)光源，由一個(gè)高穩(wěn)定基座和多個(gè)準(zhǔn)直光源組成，準(zhǔn)直光源都安裝于同一高穩(wěn)定基座上，各準(zhǔn)直光源之間保持精確穩(wěn)定的指向關(guān)系。上述準(zhǔn)直光源發(fā)出的指向高精度關(guān)聯(lián)的多波束準(zhǔn)直光，其中一部分通過(guò)第二導(dǎo)光組件、多通道一體化相機(jī)后到達(dá)相機(jī)視軸指向記錄探測(cè)器；另一部分通過(guò)第三導(dǎo)光組件、星敏感器后到達(dá)星敏視軸指向記錄探測(cè)器。綜合分析控制組件對(duì)相機(jī)視軸指向記錄探測(cè)器與星敏視軸指向記錄探測(cè)器的光斑質(zhì)心位置進(jìn)行運(yùn)算分析，可以得到相機(jī)與星敏感器之間高精度視軸指向關(guān)系。第二、三導(dǎo)光組件為高精度棱鏡組合，包括高精度五角棱鏡、角鏡等。所述指向記錄探測(cè)器可以共用成像探測(cè)器(當(dāng)成像探測(cè)器是面陣探測(cè)器時(shí))，也可以采用單獨(dú)的小面陣探測(cè)器，單獨(dú)的小面陣探測(cè)器需要與成像探測(cè)器保持精確的、穩(wěn)定的位置關(guān)系。星敏感器可以精確測(cè)量姿態(tài)，通過(guò)星敏感器與多通道一體化相機(jī)之間高精度視軸指向關(guān)聯(lián)測(cè)量，消除二者之間的傳遞誤差，提高多通道一體化相機(jī)視軸指向的確定精度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)繪。

本發(fā)明未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。