[发明专利]一种敏捷卫星斜条带成像模式姿态计算方法

说明书

本发明公开了一种敏捷卫星斜条带成像模式姿态计算方法。输入各时刻卫星的位置坐标、目标成像点的位置坐标和推扫方向向量，并构建地心惯性坐标系、卫星轨道坐标系和卫星本体坐标系；对于目标的成像过程中的任意时刻，根据目标成像点的位置坐标和推扫方向向量确定得到使得目标成像点在卫星的光轴上且偏流角为零的卫星姿态，从而得到从卫星本体坐标系到卫星轨道坐标系的坐标变换矩阵；从坐标变换矩阵提取出欧拉角。本发明解决了传统的偏流角补偿方法算法复杂且补偿不准确的缺陷，为敏捷卫星实现任意方向斜条带成像奠定基础。

技术领域

本发明属于遥感技术领域，涉及保证敏捷卫星斜条带成像条件工作，具体涉及一种敏捷卫星斜条带成像模式姿态计算方法。

背景技术

星载TDICCD线阵推扫式空间相机在对地摄影时，CCD线阵移动方向与地面目标像移方向会出现一定的角度偏差，即存在偏流角。TDICCD线阵推扫相机若不进行偏流角纠正，则在积分时间内，CCD光生电荷包的转移与焦面上图像的运动不同步，会出现像移失配现象，导致图像模糊。

偏流角与敏捷卫星平台特性和地物目标所处环境有关。卫星运行轨道、卫星姿态机动以及地物目标随地球自转等因素均会影响偏流角。TDICCD线阵推扫相机在对地摄影时，必须对偏流角进行控制。偏流角控制是以焦面上某特征像元(通常情况是中心点)的偏流角计算结果为参考，采用适当的方式将焦面旋转一个角度，使TDICCD积分方向与此特征像元处的像移速度方向一致，从而达到偏流角控制的目的。

现有技术涉及的文献有王亚敏.敏捷卫星灵巧多模式成像设计与研究[D]. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,2017；李永昌.敏捷卫星相机像移补偿关键技术研究[D].中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所),2016；赵嘉鑫,张涛,杨永明,李昕阳,王德江.TDI-CCD全景航空相机的像移速度场计算模型研究[J].光学学报,2014,34(07):269-276；黄群东,杨芳,赵键.一种新型敏捷卫星机动中成像方法[P].中国专利：CN 103983254 A,2014.08.13；黄群东, 杨芳,赵键.姿态对地指向不断变化成像时的像移速度计算[J].光学精密工程,2012,20(12):2812-2820；尹欢，白照广，陆春玲，王超，王付刚.一种星载相机全视场偏流角确定与补偿方法[P].中国专利：CN 104567819 A,2015.04.29。

上述文献中王亚敏基于几何模型推导了期望欧拉角的计算，但在计算期望偏航角时未考虑相机像面的姿态转动，导致在其计算出的期望欧拉角下，像面中心点偏流角不为零，因此需要进行偏流角补偿。上述文献中对偏流角的补偿控制主要是根据像移速度场模型计算出中心视场点的偏流角，其模型形式可由以下公式表示：

其中，f表示计算偏流角的函数，β表示偏流角，ψ表示偏航角，表示偏航角变化率。

然后通过卫星姿态偏航或由焦面偏流机构统一调整。这种方法将偏流角与卫星偏航角视为简单的线性关系，忽略了偏航角调整对偏航角变化率的影响，无法真正起到控制偏流角的作用。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种敏捷卫星斜条带成像模式姿态计算方法，能够实现任意方向的斜条带推扫成像模式下，保证条带中心线上的目标成像点偏流角为零。相比现有计算方法，本文不需要进行复杂的偏流角计算，而是直接计算出使目标成像点偏流角为零的欧拉角，解决了传统算法复杂且补偿不准确的缺陷，为敏捷卫星实现任意方向斜条带成像奠定基础。

如图1所示，本发明的技术方案是：

步骤1：输入各时刻卫星的位置坐标、目标成像点的位置坐标和推扫方向向量，并构建地心惯性坐标系、卫星轨道坐标系和卫星本体坐标系；

所述的各时刻卫星的位置坐标和目标成像点的位置坐标是在成像过程中根据卫星轨道参数、目标条带参数和卫星设计约束条件计算出各时刻卫星的位置坐标和目标成像点的位置坐标。