[发明专利]一种遥感卫星的姿态确定方法及系统

权利要求书

1.一种遥感卫星的姿态确定方法，其特征在于步骤如下：

(1)给定卫星轨道位置和三维数字地球表面模型；

(2)获取遥感卫星载荷的二维光学图像；

(3)基于所述卫星轨道位置，确定在三维数字地球表面模型中遥感卫星载荷拍摄的二维光学图像对应的区域；

(4)将遥感卫星拍摄二维光学图像时的姿态数据作为初始外方位元素，采用二维图像到三维模型的图像配准方法将获取的所述二维光学图像与所确定的区域的三维数字地球表面模型进行匹配，得到匹配结果矩阵，从而确定外方位元素；

(5)根据步骤(4)确定的外方位元素确定遥感卫星的姿态；

(6)将步骤(5)确定的卫星姿态作为外方位元素，将三维数字地球表面模型反投影到二维图像空间，在二维图像空间计算匹配相似度；

(7)将预设阈值与所述匹配相似度进行比较，判断外方位元素精度是否符合要求，如果匹配相似度低于阈值，则精度不符合要求，将更新后的外方位元素代替初始外方位元素，返回步骤(4)；如果匹配相似度大于等于阈值，则当前确定的卫星姿态符合要求。

2.根据权利要求1所述的一种遥感卫星的姿态确定方法，其特征在于：所述步骤(1)给定卫星轨道位置和三维数字地球表面模型，具体为：卫星轨道位置为R_S，为卫星地心惯性系位置；三维数字地球表面模型空间分辨率小于1米，球面误差精度小于5米。

3.根据权利要求1所述的一种遥感卫星的姿态确定方法，其特征在于：所述步骤(2)获取遥感卫星载荷的二维光学图像具体为：获取作为主载荷的面阵CMOS相机所拍摄的某一区域的图像。

4.根据权利要求1所述的一种遥感卫星的姿态确定方法，其特征在于：所述步骤(4)将遥感卫星拍摄二维光学图像时的姿态数据作为初始外方位元素，采用二维图像到三维模型的图像配准方法将获取的所述二维光学图像与所确定的区域的三维数字地球表面模型进行匹配，具体为采用几何哈希CGH方法、特征匹配方法或者模型匹配方法进行匹配。

5.根据权利要求1所述的一种遥感卫星的姿态确定方法，其特征在于：所述步骤(5)根据外方位元素确定遥感卫星的姿态，具体为：将多组外方位元素通过最小二乘法或者卡尔曼滤波方法进行拟合，得到遥感卫星的姿态。

6.一种基于权利要求1～5中任一项所述的遥感卫星的姿态确定方法实现的卫星姿态确定系统，其特征在于包括：

轨道位置及三维模型确定模块：用于给定卫星轨道位置和三维数字地球表面模型；

二维图像获取模块：用于获取遥感卫星载荷的二维光学图像；

区域对应模块：基于所述卫星轨道位置，确定在三维数字地球表面模型中遥感卫星载荷拍摄的二维光学图像对应的区域；

匹配模块：用于将遥感卫星拍摄二维光学图像时的姿态数据作为初始外方位元素，采用二维图像到三维模型的图像配准方法将获取的所述二维光学图像与所确定的区域的三维数字地球表面模型进行匹配，得到匹配结果矩阵，从而确定外方位元素；

卫星姿态确定模块：用于根据匹配模块确定的外方位元素确定遥感卫星的姿态；

匹配相似度确定模块：用于将卫星姿态确定模块确定的卫星姿态作为外方位元素，将三维数字地球表面模型反投影到二维图像空间，在二维图像空间计算匹配相似度；

判定模块：用于将预设阈值与所述匹配相似度进行比较，判断外方位元素精度是否符合要求，如果匹配相似度低于阈值，则精度不符合要求，将更新后的外方位元素代替初始外方位元素；如果匹配相似度大于等于阈值，则当前确定的卫星姿态符合要求。

7.根据权利要求6所述的卫星姿态确定系统，其特征在于：轨道位置及三维模型确定模块给定卫星轨道位置和三维数字地球表面模型，具体为：卫星轨道位置为R_S，为卫星地心惯性系位置；三维数字地球表面模型空间分辨率小于1米，球面误差精度小于5米。