一种基于凸面反射镜的在轨光学卫星相机MTF测量方法

摘要

本发明公开了一种基于凸面反射镜实现的在轨MTF检测方法，该装置主要由凸面反射镜阵列、配套三角架、内置有GPS及计算软件的电动经纬仪组成，在电动经纬仪上对太阳和卫星的方位角和天顶角进行定标，电动经纬仪带动凸面反射镜在预订的时间自动运行至指定位置，将规定时刻的太阳光反射至卫星所经过位置，凸面反射镜在自动跟踪系统的控制下，将该时刻太阳光反射至光学卫星相机上使其成像，图像同步传回地面进行处理计算，至此完成光学卫星相机MTF的检测；本发明结构简单、小型化、轻量化、操作简便、适合于野外工作，可用于光学卫星相机在轨检测MTF检测，无需光学卫星相机相机的增益、辐射响应度等参数，具有广泛的实用性。

说明书

技术领域

本发明涉及光学卫星相机在轨检测领域，是对光学卫星相机成像系统质量的综合评价方法。

背景技术

光学卫星相机的调制传递函数（MTF）是光学成像系统质量评价的重要指标，该函数反映了光学卫星相机的两个重要特性，即所成图像的分辨率和对比度，它是目前评价光学卫星相机空间特性较好的参数，光学卫星相机成像系统的MTF是光学系统、电子学系统、CCD器件、卫星运动及地面景物目标等各个过程的调制传递函数的综合指标，通过对光学卫星相机在轨MTF检测，不仅可以评价其成像质量，而且通过有效值MTF可以用于图像恢复、地面分辨率的确定及高分辨率的图像信息获取，目前，在轨光学卫星相机MTF检测主要有刃边法、脉冲法、点源法等多种方法，其中点源法能够获取表证成像系统空间特性的二维点扩散函数，成为光学卫星相机在轨MTF检测的主要方法之一，相比脉冲法、刃边法，点源法无需光学卫星相机相机的增益、辐射响应度等参数，比较简单。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于凸面反射镜的在轨光学卫星相机MTF测量方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

基于凸面反射镜的在轨光学卫星相机MTF测量方法，其装置包括有设置于地面上的太阳光反射系统，所述的太阳光反射系统包括间隔排布的凸面反射镜阵列，配套设置有三角架，三角架上固定安装有内置有GPS及计算软件的电动经纬仪，凸面反射镜固定安装在电动经纬仪上方，电动经纬仪配套连接有电子手簿，所述的凸面反射镜边缘一侧安装有太阳观察器，具体实施步骤如下：

（1）对太阳的定标：透过各个凸面反射镜上的太阳观察器的观察孔，调整各个凸透镜位置，使它们镜面中心法线与太阳光线一致，完成后取下太阳观察器；通过电动经纬仪操作手簿键入“太阳”跟踪设置；

（2）卫星定标：在操作手簿输入待测卫星相机所在的卫星参数（卫星经过城市上空的时间、天顶角、方位角）；

（3）各电动经纬仪内置的GPS及计算软件自动测定太阳位置，并计算卫星经过城市上空时刻凸面反射镜的方位角和俯仰角，在该预定时刻各个电动经纬仪带动凸面反射镜自动旋转至合适的角度，于是入射到凸面反射镜阵列的太阳光反射至卫星上的光学卫星相机上，完成成像。

（4）成像后图像被发回地面进行检测分析，完成光学卫星相机MTF的检测。

所述的电动经纬仪内置的GPS及计算软件可用于太阳时间、地点的自动测定以及凸面反射镜方位和俯仰旋转角度计算与控制。

根据光学卫星相机接收合适光通量的要求，经凸面反射镜反射到达卫星相机入瞳的能量与地面采样间隔内太阳照明理想朗伯地表反射到卫星相机入瞳的能量相匹配，此时光学卫星相机接收的光通量接近相机动态范围的高端，具有最大的信噪比。为适应在轨二维PSF/MTF检测的需求，尽可能使凸面反射镜装置要小型化、轻量化、适合于野外操作。考虑到轨道预报精度及光束指向误差、光学卫星相机的地面采样间隔（GSD）、地物目标、点光源的凸面反射镜应具有一定的束散角及野外作业等因素的影响，合理的设计、加工凸面反射镜并安装于该装置上。

检测原理：

根据光学原理及傅立叶光学可知，对于线性位移不变系统，光学卫星相机的成像关系可表示为：

                     （1）

其中，是输出图像，是观测目标，“”是卷积运算符号，是成像系统的点扩散函数。

  当输入为点激冲光源（如凸面反射镜）时，根据卷积定理，该系统的成像关系可简写为：

                         （2）

此时，系统的输出表现为其本身的点扩散特性，将检测得到的系统点扩散函数作傅立叶变换并取模，可得表征该光学卫星相机空间特性的二维调制传递函数。

随着光学卫星相机空间分辨率的不断提高，利用GPS(RTK)测量系统能够在地面布设较为理想的点目标，直接检测其成像系统的二维空间特性。由光的反射定律可知，凸面反射镜能够将近似平行入射的太阳光发散一定的角度，使得光学卫星相机能够在较大范围内对其成像。以凸面反射镜为点光源，可直接对PSF/MTF等参数进行在轨检测。

本发明的优点是：

不需光学卫星相机相机的增益、辐射响应度等参数，具有广泛的实用性。本发明凸面反射镜在轨检测MTF检测方法其结构简单、小型化、轻量化、操作简便、适合于野外工作。

附图说明

附图1为本发明的装置结构示意图。

附图2为本发明的检测原理图。

具体实施方式

如图1所示，基于凸面反射镜的在轨光学卫星相机MTF测量方法，包括有设置于地面上的太阳光反射系统，所述的太阳光反射系统包括间隔排布的5*5凸面反射镜阵列，配套设置有三角架1，三角架上固定安装有内置有GPS及计算软件的电动经纬仪2，凸面反射镜3固定安装在电动经纬仪2上方，电动经纬仪2配套连接有电子手簿，所述的凸面反射镜边缘一侧安装有太阳观察器，具体实施步骤如下：

（1）对太阳的定标：透过各个凸面反射镜上的太阳观察器的观察孔，调整各个凸透镜位置，使它们镜面中心法线与太阳光线一致，完成后取下太阳观察器；通过电动经纬仪操作手簿键入“太阳”跟踪设置；

（2）卫星定标：在操作手簿输入待测卫星相机所在的卫星参数（卫星经过城市上空的时间、天顶角、方位角）；

（3）各电动经纬仪内置的GPS及计算软件自动测定太阳位置，并计算卫星经过城市上空时刻凸面反射镜的方位角和俯仰角，在该预定时刻各个电动经纬仪带动凸面反射镜自动旋转至合适的角度，于是入射到凸面反射镜阵列的太阳光反射至卫星上的光学卫星相机上，完成成像。

（4）成像后图像被发回地面进行检测分析，完成光学卫星相机MTF的检测。