[发明专利]一种基于姿态辅助信息的高轨卫星影像定位方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于姿态辅助信息的高轨卫星影像定位方法及系统。首先，获取卫星影像对应的成像曝光时刻前后卫星轨道、姿态辅助数据及其对应的时间信息，所述时间信息与卫星时间同步；其次，获取卫星影像对应的成像曝光时间段的中间时刻；再次，对轨道、姿态辅助数据进行插值运算，得到成像曝光时间段的中间时刻所对应的轨道、姿态信息；最后，利用成像曝光时间段的中间时刻所对应的轨道、姿态信息对高分四号卫星影像进行定位，得到高分四号卫星影像对应的位置信息。利用高频次轨道及姿态数据，通过插值获取相机曝光时刻中间值所对应的高精度轨道和姿态参数，从而提高高分四号卫星影像无控制点目标定位精度。

技术领域

本发明涉及一种基于姿态辅助信息的高轨卫星影像定位方法及系统，用于实现高分四号卫星高精度影像目标定位，属于卫星总体设计技术领域。

背景技术

影像目标定位是遥感卫星应用的核心技术之一，也是遥感产品开发的基础和预处理工作。目标定位精度是卫星系统的一项重要指标，与目标定位精度有关的主要因素有姿态确定误差、卫星位置确定误差、仪器的安装误差、星上时间同步误差。其中，仪器的安装误差表示用于姿态确定的敏感器的基准和相机的基准不一致。在姿态敏感器和相机生产和总装过程中进行严格控制，可使之减小或精确测量。此部分误差为系统误差，可通过在轨的地面标定获得其大小，可作为常值误差消除。因此在后续的分析中考虑对定位误差影响的主要因素有：姿态确定误差、卫星位置确定误差、星上时间同步误差。要实现较高的图像定位精度，通常意味着需要高精度的姿态和轨道测量，以及高精度的系统时钟要求等。

高分四号卫星是我国首颗高轨高分辨率光学遥感卫星，运行于36000km的轨道高度，其轨道高度是低轨光学遥感卫星的数十倍，在无地面控制点的情况下对定位精度提出了很高的要求。主要体现在两个方面，其一是高的轨道高度导致相同面积探测器探测到的能量比低轨光学遥感卫星小的多，因此成像曝光时间是低轨光学遥感卫星的数倍到数十倍，长时间成像曝光给目标定位带来了前所未有的难题；其二是高的轨道高度导致微小的姿态测量误差对定位精度的影响比低轨光学遥感卫星大的多，因此姿态确定精度对目标定位影响大。因此，如何高精度实现高分四号卫星影像目标定位已成为该卫星数据应用及推广的关键步骤，同时，这成为一个具有研究价值的问题。

针对上述问题，美国“地球静止环境业务卫星”(GOES)系列、中国风云(FY-4)卫星及欧洲航天局“第三代气象卫星”(MTG)采用了图像导航与配准(Image Navigation andRegistration，INR)系统，该系统通过对卫星系统的扰动源分析并采取补偿措施，使气象卫星的成像设备具有较高的指向精度和稳定性，从而减小了像素与实际地理坐标之间的误差。但INR系统的更多的是强调对星上扰振源的分析，从而对载荷的摆镜进行补偿控制，高分四号卫星采用面阵凝视成像体制，载荷不存在摆镜，不适合采用该系统。此外，该系统没有在根本上解决星上时间同步误差。

发明内容

本发明解决的问题：克服现有技术的不足，针对高分四号卫星轨道高度高、曝光时间长、姿态测量精度要求高的特点，提供一种基于姿态辅助信息的高轨卫星影像定位方法及系统，利用高频次姿态辅助信息获取曝光时刻中间值的轨道、姿态参数，从而提高高分四号卫星无控制点目标定位精度。

本发明的技术解决方案：一种基于姿态辅助信息的高轨卫星影像定位方法，该方法步骤如下：

(1)、获取卫星影像对应的成像曝光时刻前后预设的一段时间内的卫星轨道、姿态辅助数据及其对应的时间信息，所述时间信息与卫星时间同步；

(2)、获取卫星影像对应的成像曝光时间段的中间时刻；

(3)、对轨道、姿态辅助数据进行插值运算，得到步骤(2)所述成像曝光时间段的中间时刻所对应的轨道、姿态信息；

(4)、利用成像曝光时间段的中间时刻所对应的轨道、姿态信息对高分四号卫星影像进行定位，得到高分四号卫星影像对应的位置信息。