超高分辨率光学卫星动中成像平台震颤分析与处理方法研究

Satellite platform jitter is the small vibration of the satellite caused by the influence of internal and external factors. For super- high-resolution optical satellites with dynamic imaging capabilities, the complex platform jitter is a key bottleneck problem that restricts the sub-pixel accuracy application of super-high-resolution satellite remote sensing images. This project focused research on analysis and processing method of platform jitter for super-high-resolution optical satellite images (spatial resolution less than 0.3m) by dynamic imaging in three aspect. First, to study the error characteristic of super-high-resolution optical satellite during attitude maneuver. And then to investigate the jitter error detection method based on rolling shutter CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor. Finally, to model and compensate the jitter error to improve the geometric accuracy of super-high-resolution optical satellite image. The objective of this project is to solve the problem of accurate jitter error measurement and compensation for the super-high-resolution optical satellite images by dynamic imaging, laying the foundation for the theory and method of high precision processing and application for the domestic super-high-resolution optical satellite remote sensing images.

卫星平台震颤是指卫星受到内外部因素影响产生的姿态微小振动现象。对于具有动中成像能力的超高分辨率光学卫星，其平台震颤特性复杂，是制约超高分辨率卫星遥感影像子像素高精度应用的一个关键瓶颈难题。本项目以超高分辨率光学卫星（空间分辨率优于0.3米）动中成像平台震颤为研究对象，研究基于卷帘快门面阵CMOS图像的平台震颤分析与处理方法，具体内容包括：(1)通过理论推导和成像仿真，分析动中成像平台震颤特性及误差传播机理；(2)研究基于卷帘快门面阵CMOS图像的震颤误差检测方法，精确获取成像焦面处的震颤误差；(3)研究平台震颤误差的时空建模与补偿方法，将面阵CMOS图像获取的震颤误差应用到线阵CCD影像的震颤误差补偿中，提高超高分辨率光学卫星影像几何精度。通过上述研究，解决超高分辨率光学卫星动中成像平台震颤误差精确测量与补偿的难题，为我国超高分辨率光学卫星影像的高精度处理与应用奠定理论和方法基础。

本项目以超高分辨率光学卫星动中成像平台震颤为研究对象，在动中成像平台震颤特性分析与仿真、基于卷帘快门面阵CMOS图像实现动中成像平台震颤误差的准确检测与精确补偿方面形成了系列研究成果，解决平台震颤影响超高分辨率光学卫星动中成像影像几何精度的问题，为超高分辨率光学卫星影像高精度几何处理与应用提供理论和方法基础。在本项目支持下发表相关学术期刊论文8篇，其中SCI核心期刊论文6篇，EI论文2篇；申请发明专利4项，其中授权1项；项目负责人作为主要完成人参与的“天空地遥感数据高精度智能处理关键技术及应用”项目获得2020年国家科技进步一等奖。项目达到了项目预期的研究目标，超额完成了项目预期研究成果。