姿态变化对推扫式相机成像质量影响分析与补偿方法研究
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摘要
载机姿态变化是影响推扫式航空相机成像质量的主要因素之一。航空相机在拍照周期内，载机会产生偏流、俯仰、横滚姿态变化，引起航空相机产生偏流、俯仰、横滚像移。为提高航空相机的成像质量，必须分析载机的姿态变化对航空相机成像质量的影响，研究补偿方法消除因载机姿态变化引起的航空相机的像移。
本文利用坐标变换的方法建立像移计算模型，推导出由于载机姿态变化引起的推扫式航空相机偏流、俯仰、横滚像移公式，分析像移对航空相机成像质量的影响，分析计算表明，必须采取像移补偿措施进行像移补偿。
本文提出采用三轴陀螺稳定平台补偿推扫式航空相机的偏流、俯仰、横滚像移的方案，分析其补偿原理并设计了一种高精度三轴陀螺稳定平台，详细介绍了偏流轴、横滚轴的设计方法，并对反馈传感器的反馈误差进行了分析，计算出三轴陀螺稳定平台的零位偏差。采用坐标变换方法分析三轴陀螺稳定平台补偿载机姿态变化后的像移残差理论值，并以37种典型情况为例进行分析，分析结果满足使用要求。
对三轴陀螺稳定平台的位置补偿精度和速度补偿精度进行了试验室测试，通过输入不同幅值、不同频率的位置和速度信号测试三轴陀螺稳定平台的补偿误差，测试结果表明，三轴陀螺稳定平台满足使用需求。
为验证三轴陀螺稳定平台的实际补偿精度，对推扫式航空相机进行多次校飞试验，应用三轴陀螺稳定平台补偿像移时图像分辨率较没有应用三轴陀螺稳定平台时提高10lp/mm。
Aircraft attitude change is one of the main factors to affect the imaging quality ofthe push-brooming aerial camera. In the camera cycle, the attitude of the aircraft such asyawing, pitching and rolling will change. As a result, the image motion happens.Consequently it is imperative to analyze the influence of the attitude change to theimaging quality of the aerial push-brooming camera, and the image motioncompensating method must be researched.
In this paper, the image motion model of the aerial push-brooming camera wasestablished by the coordinate transformation method. Then the formula of imagemotion caused by the attitude change of the aircraft including yawing, pitching androlling was derived. The result of analysis and calculating showed that image motioncompensating was necessary.
The scheme that compensated the image motion caused by yawing, pitching androlling of the aircraft through a three-axis gyro stabilized platform was put forward.After analysis the compensating principle, a high-precision platform was designed.And the zero-deviation of the platform was calculated. The theoretical residual error ofthe image motion which was compensated by the three-axis gyro stabilized platformwas analyzed using the coordinate transformation method. Then there were37kinds oftypical cases which were used for analysis, and the results met the requirement for use.
The accuracy of position compensation and speed compensation of the three-axisgyro stabilized platform was tested in the laboratory by inputting different amplitude and frequency of position and velocity signal. The test results showed that thethree-axis gyro stabilized platform met the requirement for use.
Numbers of flight tests were held to verify the actual compensating accuracy of thethree-axis gyro stabilized platform. As a result, the image resolution was improved by10lp/mm if the three-axis gyro stabilized platform was applied to image motioncompensating.
本文利用坐标变换的方法建立像移计算模型，推导出由于载机姿态变化引起的推扫式航空相机偏流、俯仰、横滚像移公式，分析像移对航空相机成像质量的影响，分析计算表明，必须采取像移补偿措施进行像移补偿。
本文提出采用三轴陀螺稳定平台补偿推扫式航空相机的偏流、俯仰、横滚像移的方案，分析其补偿原理并设计了一种高精度三轴陀螺稳定平台，详细介绍了偏流轴、横滚轴的设计方法，并对反馈传感器的反馈误差进行了分析，计算出三轴陀螺稳定平台的零位偏差。采用坐标变换方法分析三轴陀螺稳定平台补偿载机姿态变化后的像移残差理论值，并以37种典型情况为例进行分析，分析结果满足使用要求。
对三轴陀螺稳定平台的位置补偿精度和速度补偿精度进行了试验室测试，通过输入不同幅值、不同频率的位置和速度信号测试三轴陀螺稳定平台的补偿误差，测试结果表明，三轴陀螺稳定平台满足使用需求。
为验证三轴陀螺稳定平台的实际补偿精度，对推扫式航空相机进行多次校飞试验，应用三轴陀螺稳定平台补偿像移时图像分辨率较没有应用三轴陀螺稳定平台时提高10lp/mm。
Aircraft attitude change is one of the main factors to affect the imaging quality ofthe push-brooming aerial camera. In the camera cycle, the attitude of the aircraft such asyawing, pitching and rolling will change. As a result, the image motion happens.Consequently it is imperative to analyze the influence of the attitude change to theimaging quality of the aerial push-brooming camera, and the image motioncompensating method must be researched.
In this paper, the image motion model of the aerial push-brooming camera wasestablished by the coordinate transformation method. Then the formula of imagemotion caused by the attitude change of the aircraft including yawing, pitching androlling was derived. The result of analysis and calculating showed that image motioncompensating was necessary.
The scheme that compensated the image motion caused by yawing, pitching androlling of the aircraft through a three-axis gyro stabilized platform was put forward.After analysis the compensating principle, a high-precision platform was designed.And the zero-deviation of the platform was calculated. The theoretical residual error ofthe image motion which was compensated by the three-axis gyro stabilized platformwas analyzed using the coordinate transformation method. Then there were37kinds oftypical cases which were used for analysis, and the results met the requirement for use.
The accuracy of position compensation and speed compensation of the three-axisgyro stabilized platform was tested in the laboratory by inputting different amplitude and frequency of position and velocity signal. The test results showed that thethree-axis gyro stabilized platform met the requirement for use.
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引文
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