專利名稱：小反射鏡四次指向實現面陣拼接探測器大區域覆蓋方法
技術領域：
本發明涉及光電儀器技術，具體指一種小反射鏡四次指向實現面陣拼接探測器大區域覆蓋方法。
背景技術：
目前，在空間遙感領域，在靜止軌道實現高時間分辨率和高空間分辨率需要具有 超大規模面陣探測器，例如靜止軌道實現3000Km*3000Km區域的覆蓋，IOOm的星下點分辨 率，則采用面陣探測器凝視，探測器的規模需要30000像元*30000像元。以目前的探測器 制造能力，無論是可見探測器還是紅外探測器，均很難達到如此大規模像素的集成能力。因 此，基于小面陣探測器拼接的成像方法成為解決高空間分辨、寬覆蓋探測的空間遙感相機 的方法之一，而由于拼接的面陣探測器之間存在不感光的空隙，一種好的工作模式是至關 重要的。
發明內容
本發明提供一種反射鏡四次指向實現面陣拼接探測器大區域覆蓋方法，解決現有 技術中存在的物方指向鏡過大、精度要求過高的問題，以及采用像方小步進指向鏡成像所 導致的像質下降的問題。本發明的光學系統結構如附圖2所示，光學系統是一個大視場、長焦距、大像面長 工作距的光學系統，在光學系統的像方光路上放置一個360度旋轉指向鏡，通過所述的360 度旋轉指向鏡將光學系統所成的像反射投影在位于指向鏡上下左右四個方位上的四個探 測器組上。指向鏡通過四次指向分時在探測器組上成像。所述的探測器組的結構如圖1所示，探測器組采用品字形拼接方式，圖1中每個方 框代表一個面陣探測器的感光尺寸，如果面陣探測器為NXN元，光敏元的尺寸為M um，圖1 中單個面陣探測器尺寸a和面陣探測器間的間隔尺寸b為a = NXM;b < a ；b設置為比單個面陣探測器尺寸a少20行(列)像元，即a-b = 20XM ；整個系統共采用4個面陣探測器拼接組件。探測器組的放置方式鏡像到同一平面 后如圖3所示。系統成像的工作方式如下1)首先TO時刻像方360度指向鏡指向探測器組1，探測器組1開始進行積分， ΤΟ+Tint時刻，指向鏡指向探測器組2，同時探測器組1上的各面陣探測器同時開始讀取；2)TO+Tint+Tmove時刻探測器組2開始積分，T0+2*Tint+Tmove時刻，指向鏡開始 指向探測器組3，同時探測器組2上的各面陣探測器同時開始讀取；3) T0+2*Tint+2*Tmove 時刻探測器組 3 開始積分，T0+3*Tint+2*Tmove 時刻，指向鏡開始指向探測器組4，同時探測器組3上的各面陣探測器同時開始讀取；4)T0+3*Tint+3*Tmove 時刻探測器組 3 開始積分，T0+4*Tint+3*Tmove 時亥IJ，指向鏡開始指向探測器組1，同時探測器組4上的各片面陣探測器同時開始讀取； T0+4*Tint+4*Tmove時刻探測器組1開始積分，完成一次成像循環。以這種工作模式，一次成像所需時間為4*Tint+4*TmOVe，其中Tint為探測器積分 時間，Tmove為指向鏡旋轉90度至穩定所需時間。5) 一個循環成像后，4個探測器組成像后的圖像通過幾何配準后可得到圖3所示 全區域圖像。本發明的優點在于系統不需要大口徑的指向鏡以及大面陣的探測器就可以實現 大區域覆蓋成像。
圖1面陣探測器組拼接結構圖。圖2光學系統結構示意圖。圖3探測器組空間位置示意圖。
具體實施方式
為常規的遙感相機通過物方指向鏡進行高精度一維或二維步進，實現單個小面陣探 測器或小面陣探測器陣列組件的大區域成像，對于高分辨率大幅寬相機，由于光學系統主 鏡口徑已經很大，需要的指向鏡會非常大。本發明給出一種采用4個基于4096像元*4096 像元面陣探測器拼接陣列組件與1個像方一維指向鏡，通過4次指向，實現48000像元 *48000像元的大區域覆蓋。若將該相機放置在地球同步軌道，星下點分辨率為250m，可以 實現地球圓盤的全局覆蓋。1探測器的排列方式面陣探測器采用品字形拼接(如圖1所示)，圖1中每個方框代表一個探測器感光 面陣的尺寸，示例采用4096*4096元可見CXD探測器，像元尺寸為10um。因此，圖1中a = 40. 96mm, b = 40. 76mm。系統共采用如圖1所示的4個面陣探測器拼接組件。2光學系統后光路設計光學系統視場角為18°，焦距為1. 432m，像面大小為0. 42m，后工作距為900mm，所 有光學鏡片后放置一個360度旋轉指向鏡，通過四次指向分時在圖2所示的探測器組上成像。探測器的放置方式鏡像到同一平面后如圖3所示。3系統工作方式系統的工作方式為首先TO時刻像方360度指向鏡指向探測器組1，探測器組1開 始進行積分，TO+Tint時刻，指向鏡指向探測器組2，同時探測器組1上的36片面陣探測器 同時開始讀取；TO+Tint+Tmove時刻探測器組2開始積分，T0+2*Tint+Tmove時刻，指向鏡開始指 向探測器組3，同時探測器組2上的36片面陣探測器同時開始讀取；T0+2*Tint+2*Tmove時刻探測器組3開始積分，T0+3*Tint+2*Tmove時刻，指向鏡 開始指向探測器組4，同時探測器組3上的36片面陣探測器同時開始讀取；
T0+3*Tint+3*Tmove 時刻探測器組 3 開始積分，T0+4*Tint+3*Tmove 時刻， 指向鏡開始指向探測器組1，同時探測器組4上的36片面陣探測器同時開始讀取； T0+4*Tint+4*TmOVe時刻探測器組1開始積分，完成一次成像循環。以這種工作模式，一次 成像所需時間為4*Tint+4*TmOVe，其中Tint為探測器積分時間，Tmove為指向鏡旋轉90度 至穩定所需時間。一個循環成像后，4個探測器組成像后的圖像通過幾何配準后可得到圖3所示全 區域圖像。
權利要求
一種小反射鏡四次指向實現面陣拼接探測器大區域覆蓋成像系統，它包括光學系統、旋轉360度旋轉指向鏡和探測器組，其特征在于在一個大視場、長焦距、大像面長工作距的光學系統的象方光路上放置一個360度旋轉指向鏡，通過所述的360度旋轉指向鏡將光學系統所成的像反射投影在位于指向鏡上下左右四個方位上的四個探測器組上。
2.根據權利要求1所述的一種小反射鏡多次指向實現面陣拼接探測器大區域覆蓋成 像系統，其特征在于所述的探測器組由多個面陣探測器拼接而成，探測器組采用品字形拼 接方式，如果面陣探測器為NXN元，光敏元的尺寸為Mum，單個面陣探測器尺寸a和面陣探 測器間的間隔尺寸b為a = NXM ；b設置為比單個面陣探測器尺寸a小20行或列像元，即b = a-20XM ；
3.一種基于權利要求1所述系統的成像方法，其特征在于包括以下步驟1)首先TO時刻像方360度指向鏡指向探測器組1，探測器組1開始進行積分，TO+Tint 時刻，指向鏡指向探測器組2，同時探測器組1上的各面陣探測器同時開始讀取；2)T0+Tint+Tmove時刻探測器組2開始積分，T0+2*Tint+Tmove時刻，指向鏡開始指向 探測器組3，同時探測器組2上的各面陣探測器同時開始讀取；3)T0+2*Tint+2*Tmove時刻探測器組3開始積分，T0+3*Tint+2*Tmove時刻，指向鏡開 始指向探測器組4，同時探測器組3上的各面陣探測器同時開始讀取；4)T0+3*Tint+3*Tmove時刻探測器組 3 開始積分，T0+4*Tint+3*Tmove 時亥lj， 指向鏡開始指向探測器組1，同時探測器組4上的各片面陣探測器同時開始讀取； T0+4*Tint+4*TmOVe時刻探測器組1開始積分，完成一次成像循環；5)一個循環成像后，4個探測器組成像后的圖像通過幾何配準后可得到全區域圖像。
全文摘要
本發明公開了一種小反射鏡四次指向實現面陣拼接探測器大區域覆蓋方法，本發明在像方通過一個小指向鏡的四次指向，實現品字形排列的四組探測器的無縫大區域覆蓋。采用本發明所提供的方式，可以實現任意規模大區域的探測。
文檔編號G01C11/02GK101832770SQ20101016522
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月29日 優先權日2010年4月29日
發明者于清華, 劉輝, 孫勝利, 李曉平, 陳凡勝, 雍朝良 申請人:中國科學院上海技術物理研究所