一种基于微小卫星平台的合成孔径光学成像系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于军事侦查和资源勘查等空间探测技术领域，涉及一种合成孔径光学成 像系统及方法，具体是一种基于微小卫星平台实现光学合成孔径空间探测的系统及方法。
【背景技术】
[0002] 合成孔径光学成像技术是一项比较前沿和研宄较多的新型成像技术，其利用多个 小孔径的光学系统等效成单一大孔径系统，其分辨率为
从而提高空间分辨率，改善 成像质量，解决了单一大孔径系统所带来的体积重量大、加工检测难和成本高等问题。
[0003] 微小卫星具有功能密度高、研制周期短、技术更新快、成本低等诸多优点，而且可 以构成分布式卫星系统。由微小卫星构成的分布式卫星系统其最大特点就是各星之间存在 紧密的信息互联和协同控制。目前，我国是完全掌握空间交会对接技术的三个国家之一，为 了控制微小卫星之间的相对位置，保障光学系统要求的位置精度，采用空间交汇对接的方 式将微小卫星平台在空间组合以固定其相对位置。
[0004] 目前大多数天基的合成孔径光学成像系统的方案，一旦子镜失效，短时间内无法 对其修复。
【发明内容】
[0005]为了解决目前天基合成孔径光学成像系统的修复工作难的问题，本发明提供了一 种基于微小卫星平台的合成孔径光学成像系统及方法，方便替换失效子镜，以提高系统的 可靠性。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 一种基于微小卫星平台的合成孔径光学成像系统，包括子望远镜系统、光学延迟线系 统、子望远镜光束平行性伺服系统、光束合成系统、图像重构系统和计算机控制系统，上述 子系统分别安装在微小卫星上，其中：子望远镜系统的个数至少为三个，每一个子望远镜系 统对应一个光学延迟线系统和一个子望远镜光束平行性伺服系统，观测场景的光束通过子 望远镜系统、光学延迟线系统和子望远镜光束平行性伺服系统将子望远镜系统的出射光束 送入光束合成系统成像，图像重构系统对所成的像进行改善，提高成像质量，整个过程由计 算机控制系统发出信号进行控制，实时保证其位置精度及调整各子系统的工作状态，对于 系统工作的稳定性极其重要。
[0007] -种基于微小卫星平台的合成孔径光学成像方法，包括如下步骤： 载有子望远镜系统的微小卫星先是采用自由编队的环形飞行方式，通过计算机控制系 统控制，改变其基线长度，当基本达到合成孔径所需要的分辨率：
.要求后，采用空间交 会对接技术将所有微小卫星的相对位置固定住，以保证子望远镜系统之间的相对位置，进 而满足成像要求；观测场景的光路经过子望远镜系统进入光束合成系统成像，其间，通过光 学延迟线系统和子望远镜光束平行性伺服系统进行连接，并且补偿相位误差，图像重构系 统对所成像进行再次处理，以提高图像质量，倘若未能达到预期效果，通过计算机控制系统 对各子系统进行控制，调整子系统的工作状态，直到达到比较完善的成像质量，从而达到合 成孔径光学成像的功能。
[0008] 本发明中，子望远镜系统采用反射式望远镜，这种望远镜没有色差且方便校正杂 散光；光束合成系统包括干涉条纹信息提取与数据处理技术。
[0009] 本发明具有以下优点： 1、本发明的合成孔径光学成像系统建立在微小卫星平台上，每个微小卫星都有其自己 的一套控制系统，分工明确，方便操作。
[0010] 2、本发明可及时更换失效子望远镜，保障系统的可靠性。
[0011] 3、本发明实现合成孔径光学成像的子望远镜系统可以采取多个，即使其中一个子 望远镜系统失效，系统仍可以继续工作。
[0012] 4、本发明采用空间对接技术，将各个微小卫星的相对位置固定住，有利于提高控 制精度，降低位置误差。
[0013] 5、本发明能够实时的对地观测，在军事侦查和资源勘查等空间探测具有重要的应 用前景。
【附图说明】
[0014] 图1为微小卫星分布结构图； 图2为合成孔径光学成像系统的结构原理图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本 发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖 在本发明的保护范围中。
[0016] 如图1所示，本发明提供的基于微小卫星平台的合成孔径光学成像系统的空间分 布由微小卫星1、子望远镜系统2以及光束合成系统5组成。微小卫星平台分布方式为：微 小卫星1的有效载荷子望远镜系统2采用三个完全相同的子望远镜无焦系统(也可以更多 个)，微小卫星1先是采用自由编队的环形飞行方式，通过改变其基线长度达到合成孔径所 需要的分辨率
要求，当它们的相对位置达到预期给定的位置时，进而采用空间交会 对接技术将微小卫星1的相对位置固定住，以保障光学系统的位置精度，而后，观测场景的 光路经过子望远镜系统2进入光束合成系统5,最终得到场景的观测图像。
[0017] 三个子望远镜系统2是完全相同的子系统，倘若一个子系统失效，并不影响其观 测，只是分辨率会降低，而后根据微小卫星1具有功能密度高、研制周期短、技术更新快、成 本低等诸多优点可以实现及时更换，保证系统系统可靠性。也可以为了到达更高分辨率而 分布更多载有相同子望远镜系统2的微小卫星1。无焦子望远镜组成的合成孔径系统必须 满足黄金准则，即子望远镜系统2的角放大率必须与合成孔径系统的线性缩放因子匹配。
[0018] 如图2所示，合成孔径光学成像系统由子望远镜系统2、光学延迟线系统3、子望远 镜光束平行性伺服系统4、光束合成系统5、图像重构系统6以及计算机控制系统7组成。该 方案的工作过程：根据需要，观测地面场景，观测场景的光束通过子望远镜系统2、光学延 迟线系统3和子望远镜光束平行性伺服系统4将无焦子望远镜系统2的出射光束送入光束 合成系统5成像，图像重构系统6对所成的像进行改善，提高成像质量。整个过程由计算机 控制系统7发出信号进行控制，倘若未能达到预期效果，可通过计算机控制系统7对各子系 统进行控制，调整子系统的工作状态，直到达到比较完善的成像质量，从而达到合成孔径光 学成像的功能。
【主权项】
1. 一种基于微小卫星平台的合成孔径光学成像系统，其特征在于所述合成孔径光学成 像系统由多个由子望远镜系统、光学延迟线系统、子望远镜光束平行性伺服系统、光束合成 系统、图像重构系统和计算机控制系统构成，上述子系统分别安装在微小卫星上，其中：子 望远镜系统的个数至少为三个，每一个子望远镜系统对应一个光学延迟线系统和一个子望 远镜光束平行性伺服系统，观测场景的光束通过子望远镜系统、光学延迟线系统和子望远 镜光束平行性伺服系统将子望远镜系统的出射光束送入光束合成系统成像，图像重构系统 对所成的像进行改善，提高成像质量，整个过程由计算机控制系统发出信号进行控制，实时 保证其位置精度及调整各子系统的工作状态。2. 根据权利要求1所述的基于微小卫星平台的合成孔径光学成像系统，其特征在于所 述子望远镜系统采用反射式望远镜。3. 根据权利要求1或2所述的基于微小卫星平台的合成孔径光学成像系统，其特征在 于所述子望远镜系统的角放大率必须与合成孔径光学成像系统的线性缩放因子匹配。4. 一种利用权利要求1所述基于微小卫星平台的合成孔径光学成像系统进行合成孔 径光学成像的方法，其特征在于所述方法步骤如下： 载有子望远镜系统的微小卫星先是采用自由编队的环形飞行方式，通过计算机控制系 η 统控制，改变其基线长度，当基本达到合成孔径所需要的分辨率1.22&要求后，采用空间交 D 会对接技术将所有微小卫星的相对位置固定住，以保证子望远镜系统之间的相对位置，观 测场景的光路经过子望远镜系统进入光束合成系统成像，其间，通过光学延迟线系统和子 望远镜光束平行性伺服系统进行连接，并且补偿相位误差，图像重构系统对所成像进行再 次处理，以提高图像质量，倘若未能达到预期效果，通过计算机控制系统对各子系统进行控 制，调整子系统的工作状态，直到达到比较完善的成像质量，从而达到合成孔径光学成像的 功能。
【专利摘要】本发明公开了一种基于微小卫星平台的合成孔径光学成像系统及方法，所述的合成孔径光学成像系统由子望远镜系统、光学延迟线系统、子望远镜光束平行性伺服系统、光束合成系统、图像重构系统和计算机控制系统构成，上述子系统分别安装在微小卫星上，载有子望远镜系统的微小卫星先是采用自由编队的环形飞行方式，通过计算机控制系统控制，改变其基线长度，当基本达到合成孔径所需要的分辨率 要求后，采用空间交会对接技术将所有微小卫星的相对位置固定住，以保证子望远镜系统之间的相对位置，进而满足成像要求。本发明可以实现在提高分辨率的基础上增强系统的可靠性，在空间探测方面具有重要的应用前景。
【IPC分类】G02B27/00, G01S17/89
【公开号】CN104898126
【申请号】CN201510255108
【发明人】朱瑶, 周程灏, 王治乐, 徐君, 孙婷婷
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月19日