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大气湍流对高分辨率遥感卫星定位精度的影响分析

曹宗新 曹楠 杨燕燕 丁致雅 毛红敏 彭建涛 樊丽娜 陆焕钧 孙会娟 胡立发 曹召良

曹宗新, 曹楠, 杨燕燕, 丁致雅, 毛红敏, 彭建涛, 樊丽娜, 陆焕钧, 孙会娟, 胡立发, 曹召良. 大气湍流对高分辨率遥感卫星定位精度的影响分析[J]. 中国光学(中英文), 2023, 16(3): 550-558. doi: 10.37188/CO.2022-0196
引用本文: 曹宗新, 曹楠, 杨燕燕, 丁致雅, 毛红敏, 彭建涛, 樊丽娜, 陆焕钧, 孙会娟, 胡立发, 曹召良. 大气湍流对高分辨率遥感卫星定位精度的影响分析[J]. 中国光学(中英文), 2023, 16(3): 550-558. doi: 10.37188/CO.2022-0196
CAO Zong-xin, CAO Nan, YANG Yan-yan, DING Zhi-ya, MAO Hong-min, PENG Jian-tao, FAN Li-na, LU Huan-jun, SUN Hui-juan, HU Li-fa, CAO Zhao-liang. Effect of atmospheric turbulence on the tracking accuracy of high-resolution remote sensing satellites[J]. Chinese Optics, 2023, 16(3): 550-558. doi: 10.37188/CO.2022-0196
Citation: CAO Zong-xin, CAO Nan, YANG Yan-yan, DING Zhi-ya, MAO Hong-min, PENG Jian-tao, FAN Li-na, LU Huan-jun, SUN Hui-juan, HU Li-fa, CAO Zhao-liang. Effect of atmospheric turbulence on the tracking accuracy of high-resolution remote sensing satellites[J]. Chinese Optics, 2023, 16(3): 550-558. doi: 10.37188/CO.2022-0196

大气湍流对高分辨率遥感卫星定位精度的影响分析

基金项目: “十四五”江苏省重点学科资助(No. 2021135);中国航天科技集团公司第八研究院产学研合作基金资助(No. SAST2020-025);北京联合大学科研项目资助(No. ZK70202007);江苏省自然科学基金青年基金项目(No. BK20220640);江苏省基础科学(自然科学)研究面上项目(No. 22KJB150011)
详细信息
    作者简介:

    曹宗新(1999—),男,江苏镇江人,硕士研究生,2021年于苏州大学文正学院获得学士学位,主要研究方向为激光雷达以及大气湍流的影响分析。E-mail:caozx117@qq.com

    曹 楠(2000—),女,江苏苏州人,2022年于苏州科技大学获得学士学位,主要研究方向为大气湍流的影响分析。E-mail:2651145014@qq.com

    曹召良(1974 —),男,河南济源人,博士,教授,博士生导师,2008年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,主要从事液晶自适应光学系统的光学设计、光学实验以及理论分析和模拟工作。E-mail:caozl@usts.edu.cn

  • 中图分类号: O439

Effect of atmospheric turbulence on the tracking accuracy of high-resolution remote sensing satellites

Funds: Supported by Jiangsu Key Disciplines of the Fourteenth Five-Year Plan (No. 2021135); Industry-University-Institute Cooperation Foundation of the Eighth Research Institute of China Aerospace Science and Technology Corporation (No. SAST2020-025); the Academic Research Projects of Beijing Union University (No. ZK70202007); the Natural Science Foundation of Jiangsu Province (No. BK20220640); the Natural Science Foundation of Jiangsu Higher Education Institutions of China (No. 22KJB150011)
More Information
  • 摘要:

    本文重点研究相机口径、大气湍流强度和卫星轨高对高分辨率遥感卫星定位精度的影响。首先,基于Kolmogorov湍流理论建立对地观测大气湍流模型和湍流模拟方法;然后,仿真分析了相机口径、卫星轨道高度和大气相干长度对卫星定位精度的影响规律,推导出湍流波前倾斜与相机口径、卫星轨道高度和大气相干长度的普适公式;最后,基于该普适公式,得出卫星对地观测时抖动量的理论计算公式。本论文的研究可为后续高分辨率遥感卫星的设计、分析和评估提供大气湍流影响的理论依据。

     

  • 图 1  (a)地对空成像示意图;(b)卫星对地成像示意图

    Figure 1.  Schematic diagrams of (a) ground-to-space imaging and (b) satellite-to-earth imaging

    图 2  湍流分层示意图

    Figure 2.  Schematic diagram of turbulence stratification

    图 3  (a)第一层,(b)第二层,(c)第三层及(d)总的湍流波前畸变

    Figure 3.  (a) The first layer, (b) the second layer, (c) the third layer and (d) total distorted turbulents wavefronts

    图 4  湍流波前的倾斜

    Figure 4.  Tilt of turbulent wavefront

    图 5  倾斜量随相机口径的变化

    Figure 5.  Variation of the tilt with camera aperture

    图 6  倾斜量随卫星轨道高度的变化

    Figure 6.  Variation of the tilt with satellite orbit height

    图 7  倾斜量随大气相干长度的变化

    Figure 7.  Variation of the tilt with atmospheric coherence length

    图 8  倾斜量随大气湍流强度和卫星轨高的变化关系

    Figure 8.  Variation of tilt with atmospheric turbulence intensity and satellite orbital height

    图 9  不同参量值下的仿真值与理论值

    Figure 9.  Simulated and theoretical values at different parameters

    图 10  不同参量值下的仿真与理论误差

    Figure 10.  Simulated and theoretical errors at different parameters

    图 11  角度抖动量随轨高和大气相干长度的变化

    Figure 11.  Variation of angular jitter with satellite orbit height and atmospheric coherence length

    图 12  焦平面抖动量的三维图

    Figure 12.  3D plot of focal plane jitter

    表  1  随机选取的变量

    Table  1.   Randomly selected variables

     1234567
    D(m)22446810
    H(km)1004003002007001200800
    r0(cm)5.68.65.6157311.7
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-09-22
  • 修回日期:  2022-09-30
  • 录用日期:  2022-12-09
  • 网络出版日期:  2022-12-09

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