太阳光通过海面的镜面反射形成耀光,但其较强的光强会造成常规探测成像饱和,严重影响对海面目标的探测。基于海面耀光的偏振特性以及数字域时间延时积分互补金属氧化物半导体(TDI-CMOS)的积分特性,设计并构建了一套海面目标自适应偏振探测系统。利用该系统通过偏振相机对海面目标进行实时成像偏振测量,引导数字域TDI-CMOS相机在时域与空域两个维度上对耀光进行抑制。搭建了水面观测实验平台,针对典型目标,开展了相关的验证实验。实验结果表明:使用所构建的探测系统能够有效抑制太阳耀光对图像的影响,并且获取的耀光抑制图像相比一般图像,信杂比提升显著,该系统有效改善了运动目标对图像造成的伪影现象,针对海面目标的探测效果得到有效改善。

为进一步抑制遥感图像的非均匀噪声,首先分析了空间遥感高光谱图像条带噪声产生的原因及噪声模型,进而提出一种基于窗口阈值判决的改进矩匹配算法。选取相对平坦,且条带噪声与背景对比较明显的区域进行阈值估算,并选取参考均值、标准差和条带阈值判决对条带噪声进行矩匹配处理。实验结果表明,所提算法的峰值信噪比相对传统方法至少提高了6.2163 dB,均方误差最小降低了5.9630,结构相似度至少提高了0.254。与传统方法相比,采用所提方法处理后的图像变异逆系数有所提高,图像横向梯度与标准差有所降低,该方法还去除了图像中的条带噪声,保留了原始图像的细节信息。

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。

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。

：为实现卫星摆扫成像，降低载荷体摆动过程中对卫星姿态的影响，提出两个相同载荷体对称摆动的方案，并规划给定角度范围内的摆动规律，使载荷体在滚动轴和俯仰轴分别具有0.6(°)/s、6 (°)/s的角速度，通过对两载荷体摆动特性及动力学、运动学特性的分析，提出以反作用飞轮对卫星偏航轴剩余力矩进行补偿控制的方法。以某卫星示例进行仿真分析，结果表明：两载荷体对称摆动过程中滚动轴和俯仰轴的合成力矩和角动量对卫星姿态无影响，而偏航轴存在周期性变化的力矩，采用0.2 Nm的飞轮进行动量补偿后得到卫星姿态指向精度和姿态稳定度可以控制在0.032°、0.006(°)/s以内，能够实现较高精度的对地面区域摆扫成像。说明以两载荷体对称摆动的方案实现卫星摆扫成像并满足成像需求，在设计理念上是可行的。

基于线阵时间延迟积分(TDI)电荷耦合器件(CCD)机动成像原理，分析了灵巧卫星在姿态机动过程中动态成像的几何畸变问题。由于地球曲率及姿态机动因素导致像面空间几何映射形状不断改变，通过光线追迹逐点匹配算法推导出了机动成像方式下的空间成像几何关系数学解析表达式。利用小卫星姿态控制系统物理仿真平台对TDI CCD 相机机动成像快速几何校正算法进行实验验证，姿态角确定精度与姿态稳定度优于0.05°、0.005°/s。结果表明，在卫星最大扫描角为45°时，所设计的算法能够解决机动成像几何畸变问题，提高成像质量。

建立精确的光线几何模型, 推导地物与影像间的正反算公式是航天 TDI CCD(时间延迟积分电荷耦合器件 )相机动态成像仿真的关键步骤。立体测绘卫星全链路仿真以光线追迹为主线, 以高精度高分辨力地表物理模型为输入源, 综合考虑了大气辐射传输、光学系统成像、探测器光谱响应和相机噪声等各个环节, 完成了成像过程端到端的完整分析。以可见光光学遥感相机为例, 在考虑轨道进动、地球在惯性系下的岁差章动和 TDI CCD拼接的情况下, 完成双线阵相机动态成像光线追迹几何建模, 并对模型误差源进行分析。经实验验证与分析, 正视相机几何物理模型定位精度达 124 m, 前视相机定位精度达 193 m, 满足立体测绘全链路仿真的几何建模要求。

为建立准确的时间延迟积分电荷耦合元件(TDI CCD)成像电路系统的响应模型，根据成像系统的信号处理流程，详细分析了CCD传感器、预放电路与视频处理电路等主要环节对系统响应的影响，并结合理论响应模型，针对实际的处理流程，建立了实际系统的理论响应模型。利用某航天相机TDI CCD成像系统进行了暗电流噪声、视频处理电路噪声等专项测试实验，并在不同的拍照参数与光辐射条件下进行了辐射定标实验，分析了具体的实验图像数据，采用最小二乘法的线性拟合与二次多项式拟合分别得到了系统响应的近似数学模型和高精度数学模型，拟合决定系数R2分别达到了0.992和0.9998。利用该响应模型可以准确计算卫星在轨拍照时地物的辐射特性，并为合理选择相机在轨拍照参数提供依据。成像实验表明，系统响应模型准确，参数设置合理，满足相机在轨拍照的任务要求，提高了相机在轨工作的效率。