技术摘要：
本发明提供了一种旋转光学卫星影像退化信息感知与复原方法及系统，所述旋转光学卫星影像退化信息感知与复原方法包括：旋转光学卫星进行旋转成像，形成旋转光学卫星影像，计算旋转光学卫星影像的退化信息；基于傅里叶模型检测所述旋转光学卫星影像的退化信息中的高频退  全部
背景技术：
超高、超敏、超稳、超宽幅光学卫星是当前我国高分辨率对地观测系统的重点发展 对象，动中成像是其重要成像模式。面对日益增长的区域大范围高时效对地观测需求，旋转 对地成像逐渐成为一种新型模式并逐步得到研究与发展。旋转超大宽幅光学卫星采用面阵 相机圆锥扫描对地观测技术体制，通过圆锥扫描方式实现超大区域观测，设计广域搜索成 像与重点地区加密成像模式，具备广域、高分、多角度成像等特点。该卫星由平台和有效载 荷组成，有效载荷包括：面阵光学相机分系统、载荷数据处理分系统、辅助载荷分系统和转 台分系统。卫星平台包括：结构与机构分系统、热控分系统、电源与总体电路分系统、测控分 系统、姿轨控分系统、星务分系统、数传与图像分发分系统。卫星采取天底指向，即转台旋转 轴对地，转台保持正常工作转速，每旋转一周相机摆镜调整一档，摆镜共3个位置档位，旋转 3圈后可覆盖天底方向5～60°范围，可实现千级公里直径区域覆盖。机动大范围扫描成像提 高了影像数据获取效率，同时也带来了影像质量退化与畸变，如何解决旋转动中成像影像 退化信息获取与复原，最终获得连续、高质的标准产品是本发明亟需解决的关键技术难题 与重要瓶颈。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种旋转光学卫星影像退化信息感知与复原方法及系统， 以解决现有的旋转大幅宽光学卫星成像机理复杂且影像质量退化模糊的问题。 为解决上述技术问题，本发明提供一种旋转光学卫星影像退化信息感知与复原方 法，所述旋转光学卫星影像退化信息感知与复原方法包括： 旋转光学卫星进行旋转成像，形成旋转光学卫星影像，计算旋转光学卫星影像的 退化信息； 基于傅里叶模型检测所述旋转光学卫星影像的退化信息中的高频退化信息和低 频退化信息，将所述旋转光学卫星影像的退化信息中的高频退化信息和低频退化信息分 离，形成高频退化信息和低频退化信息； 对所述高频退化信息进行时空建模，形成高频退化信息时空模型； 对所述低频退化信息进行时空建模，形成低频退化信息时空模型； 基于所述高频退化信息时空模型和所述低频退化信息时空模型，补偿旋转光学卫 星的单面阵影像，复原旋转光学卫星影像。 可选的，在所述的旋转光学卫星影像退化信息感知与复原方法中，所述旋转光学 卫星安装有光学相机面阵分系统和转台分系统，其中： 所述光学相机面阵分系统包括转动补偿机构，其中： 5 CN 111598810 A 说　明　书 2/8 页 所述转动补偿机构包括摆镜档位机构、快速反射补偿镜及探测器转动机构； 所述旋转光学卫星进行旋转成像包括：所述旋转超大宽幅光学卫星采取天底指向 并降低对地速度，所述转台分系统旋转轴对地，所述转台分系统保持正常工作转速旋转； 所述转台分系统每旋转一周，所述摆镜档位机构的位置挡位进行一次调整，以使 光学相机面阵分系统完成对地观测的圆锥扫描。 可选的，在所述的旋转光学卫星影像退化信息感知与复原方法中，计算旋转光学 卫星影像的退化信息包括： 所述旋转光学卫星采用快速反射补偿镜及探测器转动机构对平动像移与转动像 移进行实时补偿，并采用绝对空间指向测量子系统以及相对空间指向测量子系统进行降质 运动参数信息测量； 所述旋转光学卫星采用双向滤波整体加权融合方法执行绝对空间指向测量子系 统以及相对空间指向测量子系统的高低频数据融合，计算旋转光学卫星影像的退化信息。 可选的，在所述的旋转光学卫星影像退化信息感知与复原方法中，计算旋转光学 卫星影像的退化信息还包括： 对所述绝对空间指向测量子系统的观测数据进行融合，得到第一绝对指向；包括： 提取光轴矢量、构建误差方程、计算绝对指向； 对所述相对空间指向测量子系统内部的摆镜档位机构、快速反射补偿镜及探测器 转动机构、转台分系统、低频机械陀螺、光纤陀螺以及高频激光陀螺按照测量频率从小到大 进行排序，得到第一相对指向、第二相对指向、第三相对指向，并以此类推； 将第一绝对指向与第一相对指向进行双向滤波整体加权融合方法得到第二绝对 指向；将第二绝对指向与第二相对指向进行双向滤波整体加权融合方法得到第三绝对指 向，并依次类推完成与每个相对指向测量子系统测量值的融合，实现旋转光学卫星影像的 退化信息的计算； 双向滤波整体加权融合方法表示如下： 其中，根符号f表示正向滤波结果，根符号b表示反向滤波结果，根符号s表示整体 加权平差结果； 表示tk时刻正向滤波姿态最优估计值， 表示tk时刻反向滤波姿 态最优估计值 的逆， 表示tk时刻正向滤波与反向滤波结果解算出的四元数误 差； 表示系统状态变量误差矩阵， 表示返回标量的正负号， 表 示tk时刻漂移最优估计值； 与 分别表示正向滤波与反向滤波误差协方差阵最 6 CN 111598810 A 说　明　书 3/8 页 优估计值的逆， 表示整理加权的误差协方差阵估计值； 表示系统状态变量误差 矩阵的加权平均值， 表示误差四元数整体加权平均矢量部分结果， 表示误差 漂移整体加权平均结果； 表示误差四元数整体加权结果， 表示误差漂移整体 加权结果； 表示tk时刻四元数整体加权结果， 表示tk时刻漂移量整体加权结果。 可选的，在所述的旋转光学卫星影像退化信息感知与复原方法中，形成高频退化 信息和低频退化信息包括： 对精确估计的旋转光学卫星的运动参数信号进行时-频-谱分析，采用快速傅里叶 变换将所述旋转光学卫星影像的退化信息从时域信号转为频域信号，采用高通滤波器和低 通滤波器对所述旋转光学卫星影像的退化信息进行信号分离，分别形成所述高频退化信息 和所述低频退化信息。 可选的，在所述的旋转光学卫星影像退化信息感知与复原方法中，对所述高频退 化信息进行时空建模，形成高频退化信息时空模型，对所述低频退化信息进行时空建模，形 成低频退化信息时空模型包括： 采用以时间和姿态角共同作为变量的数学模型作为震颤扰动误差时序曲线的拟 合模型，如式(2)： f(t)＝F(ψ,ω,κ)W(t)                            (2) 其中，f(t)表示震颤运动特性参数，ψ,ω,κ分别表示卫星姿态的俯仰角、滚动角角 和偏航角，F(ψ,ω,κ)表示姿态角为自变量的震颤扰动空间特性函数，W(t)表示以正弦函数 作为核函数的震颤扰动时序特性函数。 可选的，在所述的旋转光学卫星影像退化信息感知与复原方法中，基于所述高频 退化信息时空模型和所述低频退化信息时空模型，补偿旋转光学卫星的单面阵影像，复原 旋转光学卫星影像包括： 旋转光学卫星成像过程中，通过快速反射补偿镜与探测器转动机构进行实时像移 补偿，单帧影像降质退化信息建模为一个退化时空函数h(x,y)与一个加性噪声n(x,y)，得 到： g(x,y)＝h(x,y)*f(x,y) n(x,y)                    (3) 式中，f(x,y)表示退化前影像，g(x,y)表示退化后影像，*表示卷积；对公式(3)进 行傅里叶变换，得到频域中表示： G(u,v)＝H(u,v)*F(u,v) N(u,v)                    (4) 式中，G(u,v) ,H(u,v) ,F(u,v) ,N(u,v)表示傅里叶频谱；根据得到的退化信息时空 模型估计点扩散函数；将复杂运动过程简化成匀速直线运动，影像在x和y方向移动的距离 分别为a和b，进一步得到降质传递函数： 式中，x(t)、y(t)表示运动参数信息，根据退化信息时空模型计算得到；确定退化 7 CN 111598810 A 说　明　书 4/8 页 时空函数后，采用逆滤波法、维纳滤波法以及约束最小二乘方滤波等方法实现单帧降质影 像补偿复原，得到高质量影像产品。 本发明还提供一种旋转光学卫星影像退化信息感知与复原系统，所述旋转光学卫 星影像退化信息感知与复原系统包括退化信息计算模块、退化信息分离模块、时空建模模 块及单面阵影像补偿模块，其中： 旋转光学卫星进行旋转成像，形成旋转光学卫星影像，所述退化信息计算模块计 算旋转光学卫星影像的退化信息； 所述退化信息分离模块基于傅里叶模型检测所述旋转光学卫星影像的退化信息 中的高频退化信息和低频退化信息，将所述旋转光学卫星影像的退化信息中的高频退化信 息和低频退化信息分离，形成高频退化信息和低频退化信息； 所述时空建模模块对所述高频退化信息进行时空建模，形成高频退化信息时空模 型； 所述时空建模模块对所述低频退化信息进行时空建模，形成低频退化信息时空模 型； 所述单面阵影像补偿模块基于所述高频退化信息时空模型和所述低频退化信息 时空模型，补偿旋转光学卫星的单面阵影像，复原旋转光学卫星影像。 在本发明提供的旋转光学卫星影像退化信息感知与复原方法及系统中，通过退化 信息计算模块计算旋转光学卫星影像的退化信息，退化信息分离模块基于傅里叶模型检测 旋转光学卫星影像的退化信息中的高频退化信息和低频退化信息，将旋转光学卫星影像的 退化信息中的高频退化信息和低频退化信息分离，形成高频退化信息和低频退化信息，时 空建模模块对高频退化信息和低频退化信息进行时空建模，形成高低频退化信息时空模 型，单面阵影像补偿模块基于高频退化信息时空模型和低频退化信息时空模型，补偿旋转 光学卫星的单面阵影像，复原旋转光学卫星影像，实现了旋转动中成像过程信息精确感知 与建模，提升影像成像质量，通过本发明提供的方法可以解决旋转大幅宽卫星成像机理复 杂且降质影像难以复原的关键问题，为高分辨率光学卫星高效、高质量后续应用奠定基础。 本发明提供了一种旋转光学卫星影像退化信息感知与复原方法，旋转宽幅光学卫 星采用圆锥扫描结合面阵的模式进行对地成像获得大区域高时效覆盖，整个成像过程涉及 的载荷与平台单机较多，其运动特性主要由相机载荷旋转、地速(卫星轨道运动加地球自 转)、震颤扰动等复合而成。针对影像存在的模糊与像移，本发明设计采用快反镜摆动结合 探测器转动方法对平动像移与转动像移进行实时补偿，并采用空间指向测量系统(震颤测 量系统)进行降质运动参数信息测量。根据工作机理与误差特性进行广义分类分为：绝对空 间指向测量子系统以及相对指向测量子系统。 进一步的，所述旋转光学卫星运动属于复合运动，包括旋转、地速(卫星轨道运动 地球自转)、扰动(震颤运动)。旋转与地速引起的像移通过快速反射补偿镜 探测器转动机 构进行了实时补偿，影像的降质过程主要表现为震颤运动引起，故需要进一步对精确的估 计的运动状态参数进行固有运动信号与震颤信号检测与分离。本发明对精确估计的运动参 数信号进行时-频-谱分析，采用高通、低通滤波器进行信号分离。由于项目所涉及到的震颤 时域信号属于离散的高采样率信号，故拟采用快速傅里叶变换(Fast  Fourier  Transform， FFT)将时域信号转到频域信号，并进行相应的频谱分析。 8 CN 111598810 A 说　明　书 5/8 页 附图说明 图1～2是本发明一实施例的旋转光学卫星影像退化信息感知与复原方法示意图。