用于空间光学相机的光轴抖动测量方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学遥感技术领域，具体涉及一种用于空间光学相机的光轴抖动测量方法以及用于空间光学相机的光轴抖动测量装置。
【背景技术】
[0002]对于光学遥感卫星而言，一个非常重要的功能是由空间光学相机获取清晰的遥感图像；然而，在光学遥感卫星中不可避免的存在着微振动环境。微振动环境会使空间光学相机内部的光学单元发生抖动，而光学单元的抖动会造成空间光学相机光轴发生抖动，从而会导致积分时间段内的地面景物成像在焦平面上产生了移动或者转动，最终会造成遥感图像的清晰度下降。上述微振动环境可能由卫星中的动量轮、太阳帆板驱动机构、控制力矩陀螺以及天线指向机构等微振动源的周期性运动产生，也可能由离子推进器、低温制冷机的工作以及环境扰动引起的结构振动产生。光学遥感卫星中的微振动的频带覆盖范围较大，其不仅会导致空间光学相机光轴存在微振动现象，还会影响光学遥感卫星的姿态。
[0003]发明人在实现本发明过程中发现，为了获得清晰的遥感图像，通常需要利用空间光学相机光轴的抖动量来对空间光学相机摄取到的遥感图像进行抖动补偿，而如何及时准确全面的测量出空间光学相机光轴的抖动量是一个值得关注的技术问题。
【发明内容】
[0004]鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的用于空间光学相机的光轴抖动测量方法和装置。
[0005]依据本发明的一个方面，提供了一种用于空间光学相机的光轴抖动测量方法，该方法包括:由第一激光源和第二激光源产生相互不平行的第一参考激光束和第二参考激光束；测量惯性测量单元坐标系Z轴在积分时间段的各采样时刻关于惯性空间坐标系X轴的指向角、关于惯性空间坐标系y轴的指向角以及关于惯性空间坐标系z轴的指向角；使所述第一参考激光束和第二参考激光束进入相机的光学单元并入射到相机焦平面的分视场上；测量第一参考激光束和第二参考激光束在积分时间段的各采样时刻在相机焦平面的分视场上的光斑位置信息；根据各采样时刻的光斑位置信息和预先设定的光斑目标位置信息确定空间光学相机光轴在各采样时刻关于惯性测量单元坐标系X轴的偏转角以及空间光学相机光轴在各采样时刻关于惯性测量单元坐标系y轴的偏转角；根据所述各采样时刻关于惯性测量单元坐标系X轴的偏转角与关于惯性空间坐标系X轴的指向角的叠加以及关于惯性测量单元坐标系y轴的偏转角与关于惯性空间坐标系y轴的指向角的叠加确定空间光学相机光轴在各采样时刻关于惯性空间坐标系的X轴的指向信息和I轴的指向信息；根据各采样时刻的两个光斑位置信息以及预先设定的两个光斑目标位置信息形成的四边形确定空间光学相机光轴在各采样时刻关于惯性测量单元坐标系z轴的偏转角，并根据惯性测量单元坐标系z轴在各采样时刻关于惯性空间坐标系z轴的指向角与所述关于惯性测量单元坐标系z轴的偏转角的叠加确定空间光学相机光轴在各采样时刻关于惯性空间坐标系的Z轴的指向信息；根据空间光学相机光轴在各采样时刻关于惯性空间坐标系的X轴的指向信息、y轴的指向信息以及z轴的指向信息确定空间光学相机光轴的抖动。
[0006]依据本发明的再一个方面，提供了一种用于空间光学相机的光轴抖动测量装置，该装置主要包括惯性参考激光单元、角锥棱镜、第一位置探测器、第二位置探测器、XY叠加运算单元以及Z运算单元；惯性参考激光单元，用于由第一激光源和第二激光源产生相互不平行的第一参考激光束和第二参考激光束，并测量惯性测量单元坐标系z轴在积分时间段的各采样时刻关于惯性空间坐标系X轴的指向角、关于惯性空间坐标系I轴的指向角以及关于惯性空间坐标系z轴的指向角；角锥棱镜，设置于第一参考激光束和第二参考激光束的光路上，用于使所述第一参考激光束和第二参考激光束进入相机的光学单元并入射到相机焦平面的分视场上；第一位置探测器，设置于相机焦平面的分视场上，且与相机焦平面刚性连接，用于测量第一参考激光束在所述积分时间段的各采样时刻在相机焦平面的分视场上的光斑位置信息；第二位置探测器，设置于相机焦平面的分视场上，且与相机焦平面刚性连接，用于测量第二参考激光束在所述积分时间段的各采样时刻在相机焦平面的分视场上的光斑位置信息；XY叠加运算单元，用于根据所述光斑位置信息和预先设定的光斑目标位置信息确定空间光学相机光轴在各采样时刻关于惯性测量单元坐标系X轴的偏转角以及空间光学相机光轴在各采样时刻关于惯性测量单元坐标系y轴的偏转角，并根据所述关于惯性测量单元坐标系X轴的偏转角与关于惯性空间坐标系X轴的指向角的叠加以及关于惯性测量单元坐标系y轴的偏转角与关于惯性空间坐标系y轴的指向角的叠加确定空间光学相机光轴在各采样时刻关于惯性空间坐标系的X轴的指向信息和I轴的指向信息；Z运算单元，用于根据两个光斑位置信息以及预先设定的两个光斑目标位置信息形成的四边形确定空间光学相机光轴在各采样时刻关于惯性测量单元坐标系z轴的偏转角，并根据惯性测量单元坐标系z轴在各采样时刻关于惯性空间坐标系z轴的指向角与所述关于惯性测量单元坐标系z轴的偏转角的叠加确定空间光学相机光轴在各采样时刻关于惯性空间坐标系的z轴的指向信息；抖动计算模块，用于将空间光学相机光轴在各采样时刻关于惯性空间坐标系的X轴的指向信息、I轴的指向信息以及z轴的指向信息转化为空间光学相机光轴的抖动。
[0007]本发明提供的用于空间光学相机的光轴抖动测量方法和装置至少具有下列优点及有益效果:本发明通过引入相互不平行的两参考激光束，并测量惯性测量单元坐标系Z轴在积分时间段的各采样时刻关于惯性空间坐标系X轴的指向角、关于惯性空间坐标系I轴的指向角以及关于惯性空间坐标系z轴的指向角，可以获得惯性测量单元坐标系Z轴在每一个积分时间段的各采样时刻的指向角信息；通过利用两参考激光束在进入相机的光学单元后在相机焦平面的分视场上的光斑位置信息，可以获得在积分时间段的各采样时刻空间光学相机光轴相对于惯性测量单元坐标系各轴的偏转变化；通过利用上述指向角以及上述偏转变化就可以获得空间光学相机光轴在积分时间段的各采样时刻的指向，从而利用不同米样时刻的指向即可及时准确的获知空间光学相机光轴在积分时间段内在三个方向上的抖动情况；进而利用本发明提供的技术方案可以实现对空间光学相机摄取的遥感图像进行三个方向的抖动补偿，可以在较大程度上提高遥感图像的清晰度。
[0008]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的【具体实施方式】。
【附图说明】
[0009]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。本实施例的附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
[0010]图1为惯性测量单元的三维坐标系示意图；
[0011]图2为本发明的用于空间光学相机的光轴抖动测量方法流程图；
[0012]图3为本发明实施例的惯性参考激光束的光斑位置变化示意图；
[0013]图4为本发明的用于空间光学相机的光轴抖动测量装置示意图；
[0014]图5为本发明实施例的惯性参考激光单元的结构示意图。
[0015]附图标记说明:
[0016]I惯性参考激光单元；2第一参考激光束；3第二参考激光束；
[0017]4角锥棱镜；5相机主镜；6相机次镜；
[0018]7相机焦平面；8第一位置探测器；9第二位置探测器；
[0019]10相机内部抖动导致的光轴偏转角信息A ;
[0020]11恒星；12星敏感器；13标校单元；
[0021]14惯性测量单元Z轴指向角信息；
[0022]15 XY叠加运算单元；
[0023]16 X和Y方向光轴指向测量结果；
[0024]17相机内部抖动导致的光轴偏转角信息；
[0025]18边长运算单元；19 Z叠加运算单元；
[0026]20 Z方向光轴指向测量结果；
[0027]21相机承力板；22被拍摄目标；23成像光；
[0028]24第一位置探测器的中心，记作点A。；
[0029]25在采样时刻1；第一参考激光束的光斑在第一位置探测器的位置，记作点A k；
[0030]26第二位置探测器的中心，记作点B。；
[0031]27在采样时刻Tk第二参考激光束的光斑在第二位置探测器的位置，记作点B k；
[0032]28第一激光输出组件；29第二激光输出组件；
[0033]30惯性传感器；31基座。
【具体实施方式】
[0034]下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0035]本发明的惯性测量单元具有由相互垂直的X轴、y轴、z轴组成的三维坐标系，该三维坐标系可以称为惯性测量单元坐标系，即惯性测量单元坐标系与惯性测量单元固定连接。如果将惯性测量单元简化为一个圆柱体的话，则该三维坐标系可以如图1所示。图1中左下方的圆柱体为被简化的惯性测量单元，该惯性测量单元设置于相机承力板21上，从而惯性测量单元与相机主镜5刚性连接；惯性测量单元坐标系的X轴和y轴由惯性测量单元中轴线上一点指向外侧，z轴由X轴和y轴的交点出发指向被拍摄区域的中心点，即z轴可以被定义为沿空间光学相机光轴(可以简称为相机光轴，也可称为相机成像光光轴)指向被拍摄目标的方向，在不考虑相机内部光学单元抖动的情况下，如果沿z轴发出一束激光，且该激光经角锥棱镜被引入空间光学相机，则该激光的光斑应该位于空间光学相机焦平面的中心点。该三维坐标系的定义符合右手法则。
[0036]下面结合图2至图5对本发明的用于空间光学相机的光轴抖动测量方法和装置分别进行详细说明。
[0037]实施例