阅读说明：本技术 卫星成像方法和系统 (Satellite imaging method and system ) 是由 李哲 李巍 张达 王小朋 刘栋斌 孙振亚 高志良 赵越 刘衍峰 于 2019-10-17 设计创作，主要内容包括：本发明实施例提供了一种卫星成像方法和系统。所述卫星成像方法包括：同步信号发生装置向目标遥感仪器发送第一周期脉冲；所述目标遥感仪器将所述第一周期脉冲分频为第二周期脉冲,并且向其多个探测器发送第二周期脉冲；所述目标遥感仪器控制所述多个探测器分别根据所述第二周期脉冲同步自身帧周期和行周期；所述多个探测器分别基于自身帧周期和行周期进行成像。本发明实施例通过同步信号发生装置和目标遥感仪器的分频,目标遥感仪器的多个探测器能够分别根据周期脉冲同步自身帧周期和行周期,然后进行成像,从而有效地提供了卫星图像融合或图像拼接的精度。(The embodiment of the invention provides a satellite imaging method and a satellite imaging system. The satellite imaging method comprises the following steps: the synchronous signal generating device sends a first periodic pulse to the target remote sensing instrument; the target remote sensing instrument divides the frequency of the first periodic pulse into a second periodic pulse and sends the second periodic pulse to a plurality of detectors of the target remote sensing instrument; the target remote sensing instrument controls the detectors to synchronize self frame periods and line periods according to the second period pulses respectively; the plurality of detectors perform imaging based on their own frame periods and line periods, respectively. According to the embodiment of the invention, through the frequency division of the synchronous signal generating device and the target remote sensing instrument, a plurality of detectors of the target remote sensing instrument can synchronize self frame periods and line periods respectively according to the periodic pulses and then carry out imaging, so that the precision of satellite image fusion or image splicing is effectively improved.)

卫星成像方法和系统

技术领域

本发明涉及遥感技术，并且具体地，涉及一种卫星成像方法和系统。

背景技术

随着遥感技术的发展，对光学遥感卫星分辨率和覆盖宽度等指标的要求越来越高，可见、红外、高光谱等多谱段遥感仪器的协同探测需求也越来越大。目前星上大视场多谱段高分辨率光学遥感仪器多采用大量探测器拼接的方法，在保证分辨率指标的前提下保证幅宽，通过搭载若干不同谱段遥感仪器或搭载含大量多种谱段类型探测器的单台遥感仪器的方法以满足对谱段的需求。

在现有的技术中，卫星平台以周期为1s的GPS秒脉冲进行校时，主要关注星上的时统精度，但是，由此得到的遥感图像拼接和多种谱段图像融合的精度仍然存在改进的空间。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种卫星成像方法和系统，能够有效地提高卫星图像融合或图像拼接的精度。

一方面，本发明提供了一种卫星成像方法，包括：同步信号发生装置向目标遥感仪器发送第一周期脉冲；所述目标遥感仪器将所述第一周期脉冲分频为第二周期脉冲，并且向其多个探测器发送第二周期脉冲；所述目标遥感仪器控制所述多个探测器分别根据所述第二周期脉冲同步自身帧周期和行周期；所述多个探测器分别基于自身帧周期和行周期进行成像。

另一方面，本发明提供了一种卫星成像系统，包括：目标遥感仪器，其包括多个探测器；同步信号发生装置，向所述目标遥感仪器发送第一周期脉冲；其中，所述目标遥感仪器将所述第一周期脉冲分频为第二周期脉冲，并且向其多个探测器发送第二周期脉冲；所述目标遥感仪器控制所述多个探测器分别根据所述第二周期脉冲同步自身帧周期和行周期；所述多个探测器分别基于自身帧周期和行周期进行成像。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过同步信号发生装置和目标遥感仪器的分频，目标遥感仪器的多个探测器能够分别根据周期脉冲同步自身帧周期和行周期，然后进行成像，从而有效地提供了卫星图像融合或图像拼接的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的卫星成像方法的示意性流程图。

图2是本发明另一实施例的秒脉冲计数时序图。

图3是本发明另一实施例的产生时间脉冲时序图。

图4是本发明另一实施例载荷总控制器生成的各遥感仪器同步信号时序关系。

图5是本发明另一实施例的同速工作下总控同步与各探测器同步的时序关系。

图6是本发明另一实施例的异速工作下总控同步与各探测器同步的时序关系。

图7是本发明另一实施例的卫星成像系统的示意性框图。

图8是本发明另一实施例的卫星成像系统的示意性框图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1是本发明实施例的卫星成像方法的示意性流程图。图1的卫星成像方法100包括：

110：同步信号发生装置向目标遥感仪器发送第一周期脉冲；

120：目标遥感仪器将第一周期脉冲分频为第二周期脉冲，并且向其多个探测器发送第二周期脉冲；

130：目标遥感仪器控制多个探测器分别根据第二周期脉冲同步自身帧周期和行周期；

140：多个探测器分别基于自身帧周期和行周期进行成像。

应理解，同步信号发生装置可以为载荷总控制器，或者同步信号发生装置也可以位于目标遥感仪器或其他遥感仪器中。当存在多个遥感仪器时，可以将某一个遥感仪器作为主遥感仪器，并且可以将同步信号发生装置设置在该主遥感仪器中；文中的目标遥感仪器可以为单独的遥感仪器，也可以为多个遥感仪器中的任一遥感仪器，本发明对此不作限定，并且可以采用任何方式实现。具体地，同步信号发生装置将时间码、时间脉冲发送至遥感仪器主控。主控按照时间脉冲同步更新时间，并将时间码和时间脉冲发送至探测器控制模块。目标遥感仪器例如可以采用遥感仪器主控进行相应的处理。探测器可以包括探测器控制模块，用于进行相应的处理。具体地，例如，在多个探测器进行成像之后，探测器控制模块按主控发送的时间脉冲更新时间，并将工作时刻的时间码与图像数据打包发出，若时间脉冲异常，则探测器控制模块自行计时。探测器控制模块按主控发出的同步信号进行工作，若同步信号异常，则探测器控制模块根据同步计数值，自行按周期开始工作。

还应理解，第一周期脉冲、第二周期脉冲和第三周期脉冲也没有被限定，其各自的周期可以为在权利要求范围内的任意值并且具有任意关系。作为优选的实施例，第一周期脉冲为毫秒脉冲，第二周期脉冲为微秒脉冲，第三周期脉冲为秒脉冲。

具体地，卫星控制系统通过其授时模块发送高精度时间及卫星姿轨，GPS定位等相关参数。载荷总控制器采用高精度时钟晶振，在接收到GPS秒脉冲时更新时间码秒值，将接收到的GPS秒脉冲进行分频到毫秒脉冲(根据精度要求也可以分为各种周期的时间脉冲)。高精度时钟晶振对秒脉冲各遥感仪器主控按照接收到的毫秒脉冲同步更新时间码毫秒值，将毫秒脉冲分频为微秒脉冲，

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过同步信号发生装置和目标遥感仪器的分频，目标遥感仪器的多个探测器能够分别根据周期脉冲同步自身帧周期和行周期，然后进行成像，从而有效地提供了卫星图像融合或图像拼接的精度。

具体而言，为了保证各探测器对同一目标同时成像，这就要求采用本发明实施例方法的系统具有高精度的时间以及准确的同步信号。不同谱段探测器的遥感分辨率各不相同或者需要像移补偿，其帧频或行频是不同的，因此，对同步技术提出了更高的要求。现有技术的方案没有具体针对多遥感仪器进行同步工作设计。各遥感仪器的曝光时间有先后，图像不同步，图像融合的配准难度大。含多片探测器的单台遥感仪器采用一个时钟源，但其能控制的探测器数量有限；或在开始时发送一个使能信号令探测器同时开始工作，没有校时和帧同步的处理，随着时间的增长，误差会累积变大，不利于图像的拼接和融合；或为了保证图像的拼接和融合精度，取消像移补偿，强制探测器工作在相同帧频或行频，降低成像质量。换句话说，本发明实施例的方法使同一卫星搭载的各种遥感载荷的各个探测器可以针对同一目标同时成像，保证图像质量及图像的拼接和融合精度，以解决现有技术可控制探测器数量少，可靠性低，图像的拼接和融合难度大的缺点。

根据图1的实施例的卫星成像方法100，在同步信号发生装置向目标遥感仪器发送第一周期脉冲之后，还包括：目标遥感仪器根据第一周期脉冲更新自身时间。

图1的实施例的卫星成像方法100还包括：同步信号发生装置接收卫星控制器发送的第三周期脉冲；同步信号发生装置根据第三周期脉冲更新自身时间；同步信号发生装置将第三周期脉冲分频为第一周期脉冲。

根据图1的实施例的卫星成像方法100，同步信号发生装置将第三周期脉冲分频为第一周期脉冲，包括：同步信号发生装置确定其时钟晶振计数与第三周期脉冲之间的误差，并将误差均分到第一周期脉冲。具体地，在前几个周期，载荷总控制器中的误差修正模块先进行学***均值

毫秒脉冲计数误差为

T_ms表示毫秒脉冲的周期。微秒脉冲计数误差为

T_μs表示微秒脉冲的周期。行周期或帧周期同步信号的计数误差为

T_d表示行周期或帧周期，则有

此外，时钟晶振的一般不会超过1GHz，则最小时钟周期T_cxo不会小于1ns。毫秒脉冲的计数误差ΔN_ms不可忽略，经分析，设毫秒脉冲的计数为

计数应为

若ΔN_ms为非整数，则下一秒脉冲前的最后

个T_ms的周期计数

其余计数

为

取绝对值，[ΔN_ms]为ΔN_ms取整。

此外，载荷总控制器在接收到秒脉冲时更新秒值，将接收到的GPS秒脉冲进行分频到微秒脉冲，周期为T_μs，晶振最小时钟周期为频率的倒数T_cxo，根据公式求得计数

微秒脉冲计数误差ΔN_μs可忽略，则下一秒脉冲前的最后个T_ms中最后|[ΔN_ms]±1|个微秒脉冲计数为下一秒脉冲前的最后

个T_ms中的其余微秒脉冲计数为

非下一秒脉冲前的最后

个T_ms中最后|[ΔN_ms]|个微秒脉冲计数为

非下一秒脉冲前的最后

个T_ms中的其余微秒脉冲计数为

此外，由于T_ms＝1000T_μs，则计数1000个N_μs为1毫秒。由于T_s＝1000T_ms，第1000个毫秒结束以下一秒脉冲的到来为结束。载荷总控制器传输至各遥感仪器主控的秒脉冲、毫秒脉冲、微秒脉冲采用以差分的形式共线传输，脉宽分别为X、Y、Z以示区分，如图3所示。

此外，根据卫星姿轨，GPS定位等相关参数结合各遥感仪器的分辨率、探测器像元尺寸等信息，载荷总控制器计算出其中心视场探测器的帧周期或行周期T_d1～T_dn，计数

周期计数误差

计数应为

若ΔM_n为非整数，则下一秒脉冲前的最后|[ΔM_n]|个T_dn的周期计数

其余计数为

在设计时，各谱段的遥感仪器的分辨率一般都设计成倍数关系，所以周期也有倍数关系的，可取其公倍数，同步模块通过对T_cxo的计数，如图4所示。

此外，载荷总控制器将对应遥感仪器的周期计数M_n及计数误差ΔM_n发送至遥感仪器主控。主控对同步信号进行计数，遥感仪器主控可采用与载荷总控制器为同频率、稳定度低的晶振(50ppm)，计数为I_n，计数误差为ΔI_n＝I_n-M_n，取整数均值

图1所示实施例的卫星成像方法100还包括：同步信号发生装置确定目标遥感仪器的多个探测器中的中心视场探测器的帧周期和行周期。在同速像移补偿的情况下，目标遥感仪器控制多个探测器分别根据第二周期脉冲同步自身帧周期和行周期，包括：目标遥感仪器控制多个探测器以中心视场探测器的帧周期和行周期作为自身帧周期和行周期进行同步。应理解，如果是同速像移补偿，则某个遥感仪器的所有探测器均按照载荷总控制器给出的同步信号进行工作，根据同步信号下降沿开始探测器曝光工作，如图5所示。

在异速像移补偿的情况下，目标遥感仪器控制多个探测器分别根据第二周期脉冲同步自身帧周期和行周期，包括：目标遥感仪器确定多个探测器中的其他探测器的各自帧周期和行周期以及各自像移补偿同步信号，并且控制其他探测器分别根据各自像移补偿同步信号同步各自帧周期和行周期。应理解，如果是异速像移补偿，则遥感仪器主控需计算每一探测器的行周期或帧周期，与上文所述相同，但周期没有倍数关系，相差很小。按指定同步信号开始工作，其他探测器的同步信号与给定的中心探测器同步开始。其他探测器同步信号计数需要参考中心探测器的同步信号计数误差，由于是上一同步周期的误差，本周期的中心探测器同步信号计数采用上一周期的计数，相当于整体延时一个同步周期，如图6所示。

图7是本发明另一实施例的卫星成像系统的示意性框图。图7的卫星成像系统700包括：

目标遥感仪器710，其包括多个探测器720；

同步信号发生装置730，向目标遥感仪器710发送第一周期脉冲；

其中，目标遥感仪器710将第一周期脉冲分频为第二周期脉冲，并且向其多个探测器720发送第二周期脉冲；

目标遥感仪器710控制多个探测器720分别根据第二周期脉冲同步自身帧周期和行周期；

多个探测器720分别基于自身帧周期和行周期进行成像。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过同步信号发生装置和目标遥感仪器的分频，目标遥感仪器的多个探测器能够分别根据周期脉冲同步自身帧周期和行周期，然后进行成像，从而有效地提供了卫星图像融合或图像拼接的精度。

换句话说，本发明涉及一种通过高精度时间校时结合探测器同步工作的方法，使同一卫星搭载的各种遥感载荷的各个探测器可以针对同一目标同时成像，在不降低图像质量的前提下，提高图像配准精度，利于图像拼接和图像融合。

具体而言，作为另一优选的实施例，图8示出了本发明另一实施例的卫星成像系统的示意性框图。本实施例卫星成像系统采用高精度时钟及统计学的方法，将时钟误差合理分配，令秒脉冲、毫秒脉冲、微秒脉冲共线传输，使多谱段多探测器的光学遥感仪器按其帧周期或行周期同步曝光，图像与曝光工作时间打包传输，使同一卫星搭载的各种遥感载荷的各个探测器可以针对同一目标同时成像，保证图像质量及图像的拼接和融合精度。采用少量的高精度时钟晶振即可控制大量的探测器，提高了经济实用性。

根据图7的卫星成像系统700，目标遥感仪器还用于根据第一周期脉冲更新自身时间。

图7的卫星成像系统700还包括：卫星控制器，其中，同步信号发生装置接收卫星控制器发送的第三周期脉冲；同步信号发生装置根据第三周期脉冲更新自身时间；同步信号发生装置将第三周期脉冲分频为第一周期脉冲。

根据图7的卫星成像系统700，同步信号发生装置具体用于确定其时钟晶振计数与第三周期脉冲之间的误差，并将误差均分到第一周期脉冲。

根据图7的卫星成像系统700，同步信号发生装置还用于确定目标遥感仪器的多个探测器中的中心视场探测器的帧周期和行周期。在同速像移补偿的情况下，目标遥感仪器具体用于控制多个探测器以中心视场探测器的帧周期和行周期作为自身帧周期和行周期进行同步。在异速像移补偿的情况下，目标遥感仪器具体用于确定多个探测器中的其他探测器的各自帧周期和行周期以及各自像移补偿同步信号，并且控制其他探测器分别根据各自像移补偿同步信号同步各自帧周期和行周期。换句话说，如果像移补偿为同速，则根据载荷控制器所给定的帧周期或行周期，按照外同步信号同步工作。如果像移补偿为异速，则自行计算每一探测器各自的帧周期或行周期，并产生同步信号，同步信号的计数要与毫秒脉冲进行同步，同步的图像数据中打包帧号、行号、高精度的时间码，以此为依据，图像的定位精度、成像质量都能有保障，有利于图像的拼接和融合。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。