卫星平台高光谱复杂运动成像伪互相关退化仿真研究.pdf

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1、第34卷，第8期光谱学与光谱分析Vo1．34，No．8，pp2196—22022014年8月SpectroscopyandSpectralAnalysisAugust，2014卫星平台高光谱复杂运动成像伪互相关退化仿真研究张丽君，常月娥，唐义，南一冰，郭倩北京理工大学光电学院，光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京100081摘要针对具有推扫机制的狭缝体制成像光谱仪受卫星平台俯仰、侧滚、偏航等复杂运动的影响，导致光谱数据精度降低的问题，在成像光谱仪运动成像光谱微分动态成像退化仿真方法的基础上，提出基于点扩散矩阵的光谱退化理论。按照八邻域掺杂模型，考虑卫星平台运动

2、的时变性，不同目标像元的点扩散矩阵不同，符合伪互相关运算的概念，因此提出运动成像的伪互相关光谱退化理论。其中，点扩散矩阵由星上POS数据运用微分像移理论计算八邻域掺杂像元的平均掺杂比得到，在用模拟POS数据曲线仿真计算点扩散矩阵时，发现依据掺杂影响的大小，点扩散矩阵可以简化以便减小运算量。明确阐述光谱运动成像的伪互相关退化理论的表述和计算方法，对退化仿真和计算的结果从图像维和光谱维分别进行了定性和定量的效果评价，并使用结构相似度参数展示了退化图像与原始图像的相似性。运动成像的伪互相关光谱退化理论完善了已有的基于卫星平台复杂运动的光谱数据退化问题，仿真结果表明此种退

3、化理论完全适用于解决卫星平台复杂运动条件下的光谱数据退化问题。关键词伪互相关；点扩散矩阵；成像光谱退化；卫星平台中图分类号：TH744．1文献标识码：ADOI：10．3964／j．issn．1000—0593(2014)08—2196—07进行仿真分析。引言1退化理论概述遥感卫星数据采集期间，由于卫星平台的复杂振动，光谱仪与地物之间产生无规律的相对运动从而造成光谱数据成成像光谱仪的种类繁多，具有推扫机制的带狭缝的空间像质量的退化，这成为制约光谱成像数据精度的一个重要的调制型光谱仪是具有代表性的一类_4]。本工作主要研究基因素。通过对卫星平台复杂振动状态进行研究，制

4、定合理的于卫星平台的狭缝体制成像光谱仪复杂振动所引起的运动成成像光谱数据退化机制，然后对光谱数据进行补偿，成为当像仿真退化问题。前提高运动成像光谱数据精度的重要方式。通过对卫星平台狭缝体制成像光谱仪的光谱数据退化可表述为f_3复杂振动所引起的运动成像光谱数据退化过程的进一步研B()一(1—7／)B(v)+l()(1)究，完善光谱数据成像退化模型，并在此基础上对退化过程其中为平均掺杂比。进行仿真分析。由于卫星平台姿态稳定度较高，一般为1O～lO。·s1[事实上，对于光谱数据退化机制的研究我们并不陌生，，所以振动对运动成像光谱数据精度的影响一般不会余成伟L1]等研究了

5、卫星姿态抖动对大孔径静态干涉成像光谱超过一个扫描间隔。为了方便计算，将式(1)中的掺杂比转仪成像质量的影响；AhmedMahgoub[等对傅里叶变换成像换为点扩散矩阵，则退化问题可表述为l3]光谱仪受卫星振动影响进行了校正研究；唐秋艳_30J等在对B()(y)一sum(B(m，，2，v)．·h(m，，：，：))卫星振动的姿态进行分析的基础上，研究了俯仰、侧滚、偏一B(一1．，r1)()·叩(1，1)(m，)+B(一1．”)()·航三种卫星姿态分别对成像质量的影响。本工作通过分析卫订(1，z)(m，n)+⋯(2)星平台的振动过程，将俯仰、侧滚、偏航对成像数据的影响其

6、中退化矩阵与点扩散矩阵如下综合起来，形成一种更为完整的光谱数据退化理论，并对其收稿日期：2013—07—04，修订日期：2013—11—22基金项目：国家重点基础研究发展计划973项目(2013CB329202~2009CB724005)和国家自然科学基金项目(40804048)资助作者简介：张丽君，女，1980年生，北京理工大学光电学院博士研究生e-mail：549840667@qq．corn*通讯联系人e-mail：tangyi4510@bit．edu．cn第8期光谱学与光谱分析2l97_B(一1．w-1)()B(一l(v)B(1，计1)(v)]B(m，，)：

7、IB(．1)()B(．)(v)B(m井1)()1[三至堕)光谱数(B据SQ立)——lB(+1．一1)()B(．1．)(v)B(-1，，r卜1)(v)l匝=]_—巳亟一I(1，1)(m')(1．2)(，，)17(1，3)(7，n)-1h(m，，：，：)一l17(2．1)(仇，(2l2)(m，)(2，3)(m，)IFig．2Thesimulationflowchartofdegradationtheory(3．1)(m，)，7(3，2)(优，)(3，3)(优，)_Jbasedonthepseudocross-correlation上述理论即可称为八邻域掺杂像元理论，认

8、为目标像元