在飞艇上进行城市级热红外高清绘图.doc
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1、在飞艇上进行城市级热红外高清绘图导读根据一项试验计划,将一个万向架长波红外(LWIR)成像系统原型机安装在美国海军的MZ-3A飞艇上,在巴尔的摩市(美国一座港口城市)上空进行了高清热绘图。使用的万向架步进-凝视成像技术,幅宽为小面阵,像素320256,间距30m,量子阱红外探测器(QWIP)摄像机采用一个50mm镜头,效果得到三倍放大。从飞艇平台采集的QWIP数据形成一个60厘米地面采样距离(GSD)的高质量LWIR热成像。万向架系统采集的航空LWIR图像的地理空间很精确,可以快速交给GIS绘图应用。1 前言过去的十年,已经提出、研发、测试并报道了许多轻于空气(LTA)的现代化浮空气球和飞艇遥
2、感系统。部署的各种LTA系统,无论是系留式还是移动式、近地的还是高空的,以近静态还是动态低速稳定飞行的,都有自己独特的能力,能为高分辨率成像提供经济高效的长航时任务。这些能力使LTA平台适合各种遥感应用,包括近静止持久区域覆盖、环境监测、科学考察和ISR(情报监视和侦察)支持。最近的LTA遥感工作包括新一代“系统之系统”技术。要把系统集成到LTA平台上,还存在一些难题,例如1)要优化精心设计的系统,使之适合LTA飞行包线、指定的应用要求和特殊有效载荷的尺寸、重量和功率(SWaP)限制;2)要优化专用软件,使之满足LTA仪器系统控制、数据收集、精密配准、预处理和分发要求。这些技术难题会影响成本、
3、计划,从而影响LTA主系统的整体可行性。2013年后半年,NGIT、GIA、AGC和NASA的研究人员联合开展了一项工作,为美国海军的一艘研究飞艇提供一个实用高效的LTA成像系统方案,用于城市级热遥感应用。这项工作的目的是验证1)用万向架飞艇成像方案为城市级绘图,同时提供高分辨率和大面积覆盖;2)一个作战型万向架LWIR成像仪器系统原型。本文报告这项工作的成果。2飞艇平台和仪器该工作使用的LTA平台是美国海军的MZ-3A飞艇,它是一个有人驾驶的飞艇,长178英尺,采用两个180马力引擎,最高巡航速度50海里(93千米/小时),有效载荷2500磅(1100公斤)。MZ-3A飞艇能留空12小时以上
4、,巡航高度在近地和9500英尺(2900米)之间。已经设计了一个万向架飞艇成像系统(GAIS)原型机并成功集成在海军的MZ-3A飞艇上。该样机集成了一个小面阵、320256像素、30m间距的LWIR QWIP(量子阱红外探测器)摄像机进行热成像。摄像机有一个50mm f/2.0镜头,安装在一个eGimbalTM万向架上。还集成了一个29MP光电(EO)摄像机,同时进行固定的最低点指示彩色成像。用一个携带式小面阵计算机运行成像传感器、GPS/INS和万向运动控制组件。为进行仪器控制、数据收集和直接传感器地理定位研发了定制软件。图1是飞艇平台上的万向架和传感器有效载荷。还研发了万向架步进-凝视技术
5、,以获得多幅地面幅宽的、地理空间准确的高分辨率LWIR航空图像。尤其是,为MZ-3A飞艇上的50mm透镜QWIP摄像机搭配了一个三步航迹交叉凝视(ATS)功能。3步航迹交叉凝视曝光在步进-凝视图像中能产生10%的重叠,实现大约30的总视场。在3000英尺离地高度飞行时,LWIR成像装置的地面采样距离(GSD)为大约60厘米。光电摄像机的曝光与QWIP传感器同步。光电摄像机用300毫米镜头,在3000英尺的离地高度提供2厘米 GSD的灰度图像。但是,原型万向架的载荷能力仅限于3步ATS LWIR或者5步ATS EO。当LWIR系统装在万向架内时,光电系统只能安装在GAIS系统后面的最低点处。图1
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