为解决卫星摆扫获得的遥感影像存在畸变和像质退化的问题,提出一种分辨率反演与深度卷积网络相结合的几何校正与图像增强方法。摆扫过程中,空间相机的摆扫角和单位视场角恒定,探测器像面的像素与相机光轴指向的地面景物一一对应,根据这两点,像面上畸变的景物可以被精确地反演恢复。其次,采用真实的遥感影像作为样本,训练了针对遥感影像的深度卷积网络框架,解决了反演恢复过程中的影像模糊问题,增强了校正后影像的视觉效果。实验中,畸变校正后的影像很大程度地恢复了地面景物的原有几何特性。采用无参考图像质量评价指标(NR-IQA )对本文提出的网络结构、在传统图像集上训练的网络结构及插值方法进行对比评价,结果表明所提网络结构的图像增强结果更佳,能较为有效地恢复遥感摆扫影像。

空间遥感相机在发射过程中及其在轨运行时, 由于大气压力、温度、力学环境等的变化, 导致焦面离焦。为了满足成像质量要求, 相机在空间投入使用之前必须对偏离的焦面进行校正。针对轻小型空间相机的使用特性及要求, 设计了一套调焦范围±3 mm的像面移动式调焦机构, 质量仅为3.25 kg。利用蜗杆传动的自锁性, 防止焦面组件在外力作用下发生窜动。选用微型精密级直线滚动导轨保证CMOS靶面的直线性精度。同时利用光电编码器(16位)实时反馈靶面的位置信息, 以保证其定位精度。对调焦机构进行了理论分析、动力学分析及试验验证、精度测试及分析、焦面标定试验等。试验结果表明: 调焦机构的一阶固有频率为182.7 Hz, 可以有效地避免共振现象; CMOS靶面的直线性精度优于20″, 定位精度优于±4.2 μm, 满足调焦精度要求; 焦面标定试验验证了调焦机构设计的有效性, 满足了空间遥感相机的成像质量要求。

为了满足敏捷卫星广域搜索需求, 设计了航天相机环扫成像模式。建立环扫成像模型, 通过对环扫成像原理的分析, 设计了成像的最优地面轨迹, 并分析了此时临界卫星旋转速度与轨道速度、环扫临界系数、帧间重叠率的关系; 同时基于地面轨迹设计了确定曝光时间、帧频等成像参数解算方案。通过Satellite Tool Kit(STK)软件对成像模型进行仿真, 并对成像几何参数进行分析, 结果表明: 在轨道高度H为500 km, 像素尺寸a为4 ?滋m, 焦距f为1 m, 轴向像元数M为50 000时, 随着相机倾角ζ的增加, 地面像元分辨率与幅宽逐渐增大; ζ等于10°、20°、30°、40°时,地面幅宽分别提升为星下点成像时的1.96、3.10、4.58、6.85倍。

为实现高速相机的分幅功能，本文提出一种采用多角度耦合分幅方式的高速相机光学系统。该系统分幅结构采用多组相同的光学系统，在平行于物面的圆周上均匀分布，分别从不同角度拍摄同一物面，在保证各组系统的物方视场相同的情况下，每组光学系统的光轴与物平面的夹角均相同，通过优化设计得到全视场的最佳成像。根据需求，使用光学设计软件设计了多角度耦合四分幅成像中长焦光学系统并绘制三维立体仿真模型，分析了每组像面像质、照度以及畸变等相关参数，调制传递函数MTF在频率为50 lp/mm处不低于05，F数为2，畸变小于04%，相较于常用的棱镜和反射棱锥分光方式，无需额外分光结构，像面照度提高4倍以上。结果表明成像质量理想，分幅相机系统各像面所成像一致性高。

海面舰船目标的检测与识别对于海面监测与目标打击具有重要意义,弱小舰船目标由于缺少纹理信息且易受到海面阴影、噪声等因素的影响,使得目前常用的检测方法效果较差。基于通道分离与负值扩展对比敏感函数提出了的海面弱小舰船目标检测方法。该方法首先构建像素强度通道与噪声-边缘通道的多分辨图像尺度金字塔;之后,构建不同尺度空间下的负值扩展对比敏感度函数,调制对应各位置的权重;最后,利用各空间尺度系数加权获得两通道视觉显著性图像,通过通道差分处理实现了含噪图像中弱小舰船目标的快速检测。实验结果表明:与其他5种算法相比较,提出的方法具有较高的检测准确率(97.30%)、召回率(84.71%)及综合评价指标(94.49%),同时具备较强的抗噪声能力,适用于含噪海面光学遥感图像中弱小舰船的检测。

针对时间延迟积分(TDI)电荷耦合器件(CCD)成像系统多通道间存在响应非均匀问题,开展了基于辐射定标的校正方法研究。结合成像系统的信号处理流程,推导了响应非均匀性校正的理论模型,提出了一种基于加权最小二乘的定标校正方法,分别在1/4、1/2和3/4饱和响应处采集三组图像数据,并利用高斯加权函数对三组通道间的校正参数进行加权最小二乘拟合,从而获得优化的校正参数。利用TDI CCD成像系统进行实验验证,结果表明,系统的响应非均匀性(1/2饱和响应处)由原来的4.09%降低至0.85%,并优于两点校正法的1.93%,同时该方法在宽响应域内均获得了良好的校正效果,具有精度高、实用性强等特点,可应用于机载、星载等相机载荷,为获取高质量的遥感图像数据奠定技术基础。

为了满足空间探测对衍射望远镜的发展需求, 针对某衍射光学系统设计了一种空间可展开衍射望远镜。首先, 根据Serrurier桁架原理及优化设计理论确定了文中所用展开结构的形式及几何尺寸, 并针对某衍射光学系统设计了一种新型自展开结构; 其次, 建立了该展开结构的有限元模型并分析了其展开后的特性; 最后, 搭建了原理样机并对其进行了实验研究。实验结果表明: 该展开结构的展开距离为2.9 m, 展开后的重复精度误差小于2 mm, 偏心小于0.3 mm, 倾角小于0.2°, 且可通过促动器将其展开精度调整至微米级, 能够满足空间衍射望远镜自展开机构的结构简单、质量轻、稳定可靠、精度高等要求。

为了实现遥感图像超分辨目的, 提出数字域斜模态时间延迟积分(Digital Domain Tilting Model Time Delayed and Integration, DT-TDI)技术。对技术过程所涉及的数字域TDI技术、倾斜采样成像理论、数字域斜模态TDI技术等分别进行分析与研究。首先, 构建通用的数字域TDI模型。之后, 利用倾斜采样成像思想, 构建适用于不同倾斜角度下的DT-TDI模型。然后, 以45°倾角对模型进行实验验证, 获取该角度一定姿轨条件下的序列低分辨率图像。最后, 通过超分辨算法对具有亚像素位移的低分辨率图像序列进行超分辨重构, 获取高分辨率图像。实验结果表明, DT-TDI技术可在不同倾斜模态下进行稳定成像, 45°倾角时获取的低分辨率图像亚像素位移误差约15%, 基本满足超分辨重构需求。重构后图像分辨率明显提升。

为了实现吉林一号光学遥感卫星轻量化设计与高分辨率多光谱多模式成像，采用星载一体化设计理念及敏捷多模式成像策略，完成了吉林一号卫星的指标、方案及关键技术的设计与在轨多模式光学成像。吉林一号整星的质量为450 kg，有效载荷比高达40%，机动能力达2.1 (°)/s，可实现大侧摆、同轨立体与条带拼接等多模式成像，结合星上800 GB的FLASH存储能力和X波段双通道600 Mbps的数据传输能力，卫星每天可获取近150 000 km2的图像数据。吉林一号轻型高分辨率光学卫星于2015年发射入轨，运行在656 km太阳同步轨道，地面全色和多光谱分辨率分别优于0.72 m和2.88 m，满足多行业应用及商业化运营的需求。