专利名称：小反射镜四次指向实现面阵拼接探测器大区域覆盖方法
技术领域：
本发明涉及光电仪器技术，具体指一种小反射镜四次指向实现面阵拼接探测器大区域覆盖方法。
背景技术：
目前，在空间遥感领域，在静止轨道实现高时间分辨率和高空间分辨率需要具有 超大规模面阵探测器，例如静止轨道实现3000Km*3000Km区域的覆盖，IOOm的星下点分辨 率，则采用面阵探测器凝视，探测器的规模需要30000像元*30000像元。以目前的探测器 制造能力，无论是可见探测器还是红外探测器，均很难达到如此大规模像素的集成能力。因 此，基于小面阵探测器拼接的成像方法成为解决高空间分辨、宽覆盖探测的空间遥感相机 的方法之一，而由于拼接的面阵探测器之间存在不感光的空隙，一种好的工作模式是至关 重要的。

发明内容
本发明提供一种反射镜四次指向实现面阵拼接探测器大区域覆盖方法，解决现有 技术中存在的物方指向镜过大、精度要求过高的问题，以及采用像方小步进指向镜成像所 导致的像质下降的问题。本发明的光学系统结构如附图2所示，光学系统是一个大视场、长焦距、大像面长 工作距的光学系统，在光学系统的像方光路上放置一个360度旋转指向镜，通过所述的360 度旋转指向镜将光学系统所成的像反射投影在位于指向镜上下左右四个方位上的四个探 测器组上。指向镜通过四次指向分时在探测器组上成像。所述的探测器组的结构如图1所示，探测器组采用品字形拼接方式，图1中每个方 框代表一个面阵探测器的感光尺寸，如果面阵探测器为NXN元，光敏元的尺寸为M um，图1 中单个面阵探测器尺寸a和面阵探测器间的间隔尺寸b为a = NXM;b < a ；b设置为比单个面阵探测器尺寸a少20行(列)像元，即a-b = 20XM ；整个系统共采用4个面阵探测器拼接组件。探测器组的放置方式镜像到同一平面 后如图3所示。系统成像的工作方式如下1)首先TO时刻像方360度指向镜指向探测器组1，探测器组1开始进行积分， ΤΟ+Tint时刻，指向镜指向探测器组2，同时探测器组1上的各面阵探测器同时开始读取；2)TO+Tint+Tmove时刻探测器组2开始积分，T0+2*Tint+Tmove时刻，指向镜开始 指向探测器组3，同时探测器组2上的各面阵探测器同时开始读取；3) T0+2*Tint+2*Tmove 时刻探测器组 3 开始积分，T0+3*Tint+2*Tmove 时刻，指向镜开始指向探测器组4，同时探测器组3上的各面阵探测器同时开始读取；4)T0+3*Tint+3*Tmove 时刻探测器组 3 开始积分，T0+4*Tint+3*Tmove 时亥IJ，指向镜开始指向探测器组1，同时探测器组4上的各片面阵探测器同时开始读取； T0+4*Tint+4*Tmove时刻探测器组1开始积分，完成一次成像循环。以这种工作模式，一次成像所需时间为4*Tint+4*TmOVe，其中Tint为探测器积分 时间，Tmove为指向镜旋转90度至稳定所需时间。5) 一个循环成像后，4个探测器组成像后的图像通过几何配准后可得到图3所示 全区域图像。本发明的优点在于系统不需要大口径的指向镜以及大面阵的探测器就可以实现 大区域覆盖成像。


图1面阵探测器组拼接结构图。图2光学系统结构示意图。图3探测器组空间位置示意图。
具体实施方式
为常规的遥感相机通过物方指向镜进行高精度一维或二维步进，实现单个小面阵探 测器或小面阵探测器阵列组件的大区域成像，对于高分辨率大幅宽相机，由于光学系统主 镜口径已经很大，需要的指向镜会非常大。本发明给出一种采用4个基于4096像元*4096 像元面阵探测器拼接阵列组件与1个像方一维指向镜，通过4次指向，实现48000像元 *48000像元的大区域覆盖。若将该相机放置在地球同步轨道，星下点分辨率为250m，可以 实现地球圆盘的全局覆盖。1探测器的排列方式面阵探测器采用品字形拼接(如图1所示)，图1中每个方框代表一个探测器感光 面阵的尺寸，示例采用4096*4096元可见CXD探测器，像元尺寸为10um。因此，图1中a = 40. 96mm, b = 40. 76mm。系统共采用如图1所示的4个面阵探测器拼接组件。2光学系统后光路设计光学系统视场角为18°，焦距为1. 432m，像面大小为0. 42m，后工作距为900mm，所 有光学镜片后放置一个360度旋转指向镜，通过四次指向分时在图2所示的探测器组上成像。探测器的放置方式镜像到同一平面后如图3所示。3系统工作方式系统的工作方式为首先TO时刻像方360度指向镜指向探测器组1，探测器组1开 始进行积分，TO+Tint时刻，指向镜指向探测器组2，同时探测器组1上的36片面阵探测器 同时开始读取；TO+Tint+Tmove时刻探测器组2开始积分，T0+2*Tint+Tmove时刻，指向镜开始指 向探测器组3，同时探测器组2上的36片面阵探测器同时开始读取；T0+2*Tint+2*Tmove时刻探测器组3开始积分，T0+3*Tint+2*Tmove时刻，指向镜 开始指向探测器组4，同时探测器组3上的36片面阵探测器同时开始读取；
T0+3*Tint+3*Tmove 时刻探测器组 3 开始积分，T0+4*Tint+3*Tmove 时刻， 指向镜开始指向探测器组1，同时探测器组4上的36片面阵探测器同时开始读取； T0+4*Tint+4*TmOVe时刻探测器组1开始积分，完成一次成像循环。以这种工作模式，一次 成像所需时间为4*Tint+4*TmOVe，其中Tint为探测器积分时间，Tmove为指向镜旋转90度 至稳定所需时间。一个循环成像后，4个探测器组成像后的图像通过几何配准后可得到图3所示全 区域图像。
权利要求
一种小反射镜四次指向实现面阵拼接探测器大区域覆盖成像系统，它包括光学系统、旋转360度旋转指向镜和探测器组，其特征在于在一个大视场、长焦距、大像面长工作距的光学系统的象方光路上放置一个360度旋转指向镜，通过所述的360度旋转指向镜将光学系统所成的像反射投影在位于指向镜上下左右四个方位上的四个探测器组上。
2.根据权利要求1所述的一种小反射镜多次指向实现面阵拼接探测器大区域覆盖成 像系统，其特征在于所述的探测器组由多个面阵探测器拼接而成，探测器组采用品字形拼 接方式，如果面阵探测器为NXN元，光敏元的尺寸为Mum，单个面阵探测器尺寸a和面阵探 测器间的间隔尺寸b为a = NXM ；b设置为比单个面阵探测器尺寸a小20行或列像元，即b = a-20XM ；
3.一种基于权利要求1所述系统的成像方法，其特征在于包括以下步骤1)首先TO时刻像方360度指向镜指向探测器组1，探测器组1开始进行积分，TO+Tint 时刻，指向镜指向探测器组2，同时探测器组1上的各面阵探测器同时开始读取；2)T0+Tint+Tmove时刻探测器组2开始积分，T0+2*Tint+Tmove时刻，指向镜开始指向 探测器组3，同时探测器组2上的各面阵探测器同时开始读取；3)T0+2*Tint+2*Tmove时刻探测器组3开始积分，T0+3*Tint+2*Tmove时刻，指向镜开 始指向探测器组4，同时探测器组3上的各面阵探测器同时开始读取；4)T0+3*Tint+3*Tmove时刻探测器组 3 开始积分，T0+4*Tint+3*Tmove 时亥lj， 指向镜开始指向探测器组1，同时探测器组4上的各片面阵探测器同时开始读取； T0+4*Tint+4*TmOVe时刻探测器组1开始积分，完成一次成像循环；5)一个循环成像后，4个探测器组成像后的图像通过几何配准后可得到全区域图像。
全文摘要
本发明公开了一种小反射镜四次指向实现面阵拼接探测器大区域覆盖方法，本发明在像方通过一个小指向镜的四次指向，实现品字形排列的四组探测器的无缝大区域覆盖。采用本发明所提供的方式，可以实现任意规模大区域的探测。
文档编号G01C11/02GK101832770SQ20101016522
公开日2010年9月15日 申请日期2010年4月29日 优先权日2010年4月29日
发明者于清华, 刘辉, 孙胜利, 李晓平, 陈凡胜, 雍朝良 申请人:中国科学院上海技术物理研究所