平台运动对星载TDICCD相机成像质量影响分析与仿真

摘要

卫星平台运动是影响高分辨率星载 TDICCD相机成像质量的一个重要因素，它干扰像的正常运动，引起恶化像质的非正常像移。像移对TDICCD相机像质的影响区别于对面阵凝视相机及普通线阵推扫相机的影响。研究平台运动对星载TDICCD相机像质的影响并进行动态成像仿真对改善相机成像质量有重要意义。不仅可以为恢复图像的像移补偿算法提供支持，为卫星控制指标等的提出提供依据，还可以完善系统全链路仿真。
　　本研究首先从线扩散函数（LSF，Line Spread Function）角度分析了像移引起像质下降的机理，依据TDICCD的成像原理建立了像移影响下TDICCD相机系统像质退化的数学模型，推导了不同方向上不同形式的像移影响下系统的线扩散函数及线性非正常像移下的调制传递函数（MTF，Modulation Transfer Function）公式。利用相位传递函数（PTF，Phase Transfer Function）的线性部分评价几何变形。提出数值积分的方法计算动态MTF，采用该方法计算了正弦振动像移下的调制传递函数。利用上面的结果和方法分析了像移引起的几何变形与图像模糊。分析表明：TDICCD相机的运动降质是空间变化的，不同方向上不同形式的非正常像移造成的图像模糊与几何变形是不一致的。其次，建立多个坐标系，通过坐标变换的方法建立物像之间的映射关系，得到像移求解模型。依据像移求解模型、像移对TDICCD相机像质影响模型分析地球自转、姿态控制误差（包括指向误差与姿态稳定度）、轨道摄动引起的高度误差、轨道倾角误差对像质的影响。通过该像移模型求解非正常像移，为后续的TDICCD动态成像仿真提供基础。最后，依据采样成像系统的成像原理，建立了TDICCD动态成像的数字仿真模型，该仿真模型采用数值积分、像素插值并结合TDICCD电荷叠加原理。提出卫星平台运动下TDICCD动态成像的仿真方法，并仿真分析不同运动误差造成的像质退化情况。采用均方误差（MSE）和结构相似度（SSIM）两种图像质量评价手段评价仿真图像的质量，分析表明数字仿真结果与理论分析结果吻合。

目录

平台运动对星载TDICCD 相机成像质量影响分析与仿真

THE EFFECT ANALYSIS AND SIMULATION OFPLATFORM MOTION ON IMAGE QUALITY OFSPACEBORN TDICCD CAMERA

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 卫星运动干扰源

1.2.2 卫星振动分析

1.2.3 由于振动引起的像移

1.2.4 像移对像质影响

1.2.5 TDICCD 动态成像理论及仿真

1.3 本课题的主要研究内容及章节安排

第2章 像移对TDICCD 相机成像质量的影响

2.1 引言

2.2 TDICCD 工作原理

2.3 像移分类

2.4 像移对TDICCD 相机像质的影响分析

2.4.1 像移引起图像模糊和几何变形的机理

2.4.2 几何变形的评价

2.4.3 正常像移引起的系统像质退化模型

2.4.4 非正常像移引起的系统像质退化模型

2.5 非正常像移对TDICCD 像质影响分析

2.5.1 线性像移

2.5.2 振动像移

2.6 本章小结

第3章 卫星平台运动对TDICCD 成像质量的影响

3.1 引言

3.2 卫星平台运动引起的像移

3.2.1 坐标系转换理论

3.2.2 像移求解模型

3.3 姿态控制误差对星载TDICCD 像质的影响分析

3.3.1 姿态指向误差对像质的影响

3.3.2 姿态稳定度对像质的影响

3.4 轨道摄动对星载TDICCD 像质的影响分析

3.4.1 高度误差对像质的影响

3.4.2 轨道倾角误差对像质的影响

3.5 本章小结

第4章 卫星平台运动对TDICCD 成像质量影响仿真

4.1 引言

4.2 TDICCD 动态成像数字仿真模型

4.3 图像质量评价

4.4 数字仿真实验与分析

4.4.1 正常像移对像质影响仿真

4.4.2 地球自转引起的偏流角对像质的影响

4.4.3 姿态角线性运动对像质的影响

4.4.4 姿态角颤振对像质的影响

4.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢