航天TDI CCD任意摆动成像建模及仿真技术研究

航天TDI CCD相机摆动成像像移模型是高性能航天光学相机研制中最重要的核心技术之一，对提高卫星的机动成像性能具有重要意义，在国际上受到严格的保密封锁，得不到有价值的研究资料。目前，国内航天TDI CCD相机像移建模均是基于三维直角坐标变换加空间立体几何投影的方法，因而对物、像的空间相对几何位置依赖较大，所以在任意摆动成像建模时，不仅在轨道两极存在"跨界奇异"问题，而且模型也将极其复杂且不可统一。本项目将突破当前的建模方法，引入三维球坐标及瞬时转换"参考赤道面"的方法，解决任意摆动成像时的"跨界奇异"现象，同时还将引入空间解析几何计算来替代目前常用的空间立体几体分析法(以避免建模时对空间相对几何位置的依赖)，建立通用的航天TDI CCD相机任意摆动成像像移模型，并研制地面仿真系统来验证其正确性，从而为我国自主研制具有高机动成像性能的航天TDI CCD相机提供坚实的理论依据与技术保障。

项目组创造性的通过建立联立解析方程并求解的方法(同时解决了地球椭球修正与“过顶”奇异问题)，获得卫星景点G在WGS84系下的三轴坐标表达式，后通过减少中间参考坐标系、采用新的坐标变换关系，实现9次坐标仿射坐标变换即可得到景点在相机像面坐标系下的分量表达式，最后利用“瞬时”时间冻结法，得到了新的通用、有效的、相对简单的航天TDI CCD相机的任意摆动成像像移模型。.2012年度，项目组在自研的地面物理动态仿真平台完成了新像移模型建立原理、方法的正确性验证工作，并基于此模型完成了项目组所承担的XX-1卫星相机的工程参数误差综合分配工作，2013年度将所推导的像移模型成功在轨应用于具有任意摆动角推扫成像功XX-1型号卫星相机上，从而代表了目前长春光机所在航天像移计算领域的最高研究水平。.项目组已按计划完成了申请书中所规定的全部研究工作，共发表文章7篇（EI检索5篇），培养博士生2名，培养硕士生2名，申请软件著作权一项。但是由于保密原因，项目组推导得到的最核心技术—像移模型相关内容，未能直接发表。..2011年底Pleiades的成功发射，标志着新一代的具有大姿态角及姿态角速度同时存在的非沿轨机动推扫成像已成为一个新的技术“制高点”！项目组进行深入研究后发现：目前我们所建立的像移模型，由于先多次仿射坐标变换、再求导，从而“三轴姿态角速度小量线性化、以三轴姿态角的变化率近似代替三轴姿态角速度”已成为目前推导像移模型的一个基本前提条件。.而“沿感兴趣方向”的非沿轨机动成像卫星将不再满足“三轴姿态角速度可小量线性化”这一基本条件！.因此，若想实现“沿感兴趣方向”的非沿轨机动成像卫星的研制，必须突破目前的“距离矢->求导”的像移模型建立机理，建立全新的对任意姿态角及姿态角速度条件下均适用、显含姿态角速度与姿态角的完备像移速度模型。.实际上，若想实现“沿感兴趣方向”的非沿轨机动成像卫星的研制，不仅要突破“建立完备像移速度模型”这一重要技术基础，还必须实现“在复杂卫星姿态动力学、运动学约束条件下的带有整星像移匹配的卫星姿态推扫路径优化”的突破，这也是本项目组下一步希望重点突破的新的研究课题。