高分测绘卫星动态成像质量与非平稳像移的多参数耦合机理研究

The influence of environment of space dynamics on the images' quality of optical sensors is extremely complex, and dynamic images' quality has become a constraint technical factor on improving China's remote sensing satellite spatial resolution and remote sensing images application. Based on deeply researching of the art of high-resolution satellite stereo imaging, the key technologies of dynamic images' quality and couple with the multi-parameter non-stationary image motion are researched. The random vibration theory is introduced, and the image motion is decomposed of wide stationary and non-stationary motion, proposing a method of detecting non- stationary image motion by the target radiation changes and proposing bundle block adjustment based on semi-parametric model of penalized least squares with image motion to achieve parameters and non-parametric estimate of image motion of mapping satellites in orbit; the quantitative relationship between high-resolution satellite stereo imaging accuracy and star chatter is also researched; Dynamic images' quality evaluation model based on image motion is proposed. The achievements can provide theory and technical basis for the applications of China's high-resolution mapping satellite and the subsequent design of mapping satellite.

空间动力学环境对光学成像遥感器成像质量的影响是一个极为复杂的问题，动态成像质量已经成为提高我国遥感卫星空间分辨率以及遥感影像应用水平的一个制约性技术因素。在深入研究高分测绘卫星TDICCD成像机理的基础上，研究动态成像质量与非平稳像移的多参数耦合关键技术。引入结构随机振动理论思想，将像移分解为宽平稳像移和非平稳像移，并提出采用靶标辐射变化测定非平稳像移方法，提出顾及像移的基于半参数模型补偿最小二乘估计的区域网光束法平差模型，实现测绘卫星在轨运行中参数与非参数像移的估计；研究高分测绘卫星立体定位精度与不同频率星颤的定量关系；提出了基于像移的动态成像质量评价模型。项目成果可为为我国高分测绘卫星应用和后续测绘卫星设计提供理论和技术依据。

发展长期、 稳定、自主、连续运行的高分辨率立体测绘卫星是我国自主信息保障能力和独立获取全球空间信息能力建设的一项战略任务。空间动力学环境对光学成像遥感器成像质量的影响是一个极为复杂的问题，动态成像质量已经成为提高我国遥感卫星空间分辨率以及遥感卫星应用水平的一个制约性技术因素。在深入研究高分测绘卫星TDICCD成像机理的基础上，利用TDICCD级数为中间量，定量分析了信噪比对定位精度的影响，完成了卫星振动时MTF与TDICCD 级数之间的定量关系研究。完成了俯仰角，滚动角，偏航角变化对动态成像质量影响规律的研究。分析了不同方向颤振对卫星在轨成像质量的影响，推导了卫星不同颤振模型与MTF及像移量的定量关系，并推导出考虑卫星颤振的对地几何定位模型。提出基于Contourlet变换的结构相似性评价的视觉模型，以及一种将图像的梯度幅值、相位以及结构相似度(SSIM)三者相结合的图像质量评价新模型--梯度相似度(GSIM)模型, 完成了图像质量评价方法的研究。将遗传算法理论引入卫星影像的空间后方交会中，利用遗传算法全局和局部搜索力强的优势，解决了法方程病态问题；针对参数模型的局限性，提出利用半参数模型的卫星影像定位方法，完成了参数与非参数最优估计算法的研究。项目成果可为我国高分测绘卫星应用和后续测绘卫星设计提供理论和技术依据。