[发明专利]提高卫星图像定位精度的等效失配模型多级标校方法

摘要

本发明公开了一种提高卫星图像定位精度的等效失配模型多级标校方法，首先构建星载摆扫相机含等效失配角成像定位模型；在轨后通过控制相机间隔观恒星或地标；解算一轨不同采样时刻星上热变形引起的星载相机相对于星敏感器姿态基准间的等效失配角参数集；对星载相机全视场按照二维摆扫转角进行网格划分；在一轨周期内进行图像定位模型参数重构和高精度指向误差多级拟合标校，获得用于下一轨高精度图像定位所需的稳定热变形变化规律参数集，避免了相机在轨因观恒星或地标控制点稀疏、集中带来等效失配角解算奇异的图像定位问题。本发明解决了三轴稳定摆扫光学遥感卫星在控制点稀少时也能实现高精度定位的技术难题。

主权项

1.一种提高卫星图像定位精度的等效失配模型多级标校方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：建立在轨星载摆扫相机视线相对高精度星敏感器姿态基准的整星级成像定位模型，将成像点对应的空间指向用矢量St表示，工程上通过数学合并减少模型中待标定的等效失配角参数，降低卫星在轨热变形参数辨识时对稀疏控制点数量需求，St＝R(α_n,β_n,Δζ₁,Δζ₂,Δζ₃,Δζ₄,Δζ₅,Δζ₆)·r_n(i_n,j_n)其中，i_n、j_n：成像点在星载摆扫相机探测器的像元行列数；r_n(i_n,j_n)：星载摆扫相机后光路成像模型；α_n、β_n：星载摆扫相机两维指向机构转动角度测量值；Δζ₁,…,Δζ₆：整星级成像定位模型中等效失配角参数集；步骤2：卫星发射前在实验室标定因光机结构装配偏差引起的成像定位模型中等效失配角参数集，其光机结构装配偏差引起的失配影响与在轨热变形引起的失配影响内涵一致；步骤3：卫星入轨后控制星载摆扫相机对已知恒星天区进行观测成像，拍摄一帧图像内含3～4颗恒星，与编排的星历恒星方位比对，检验并修正因包括运载火箭振动的因素对等效失配角参数的变化影响，选择此时等效失配角参数集构建的成像定位模型或步骤2中实验室标定的成像定位模型作为理想成像定位模型，得到星载摆扫相机全视场网格点处的对应探测器像元的理想空间指向St_ideal：St_ideal＝R(α_n,β_n,Δζ_i1,Δζ_i2,Δζ_i3,Δζ_i4,Δζ_i5,Δζ_i6)·r_n(i_n,j_n)其中,Δζ_i1,…,Δζ_i6：整星级理想图像定位模型中等效失配角参数集；步骤4：地面编排星载摆扫相机恒星敏感星历或观地标导航库，依照在轨星载摆扫相机视轴热变形变化率，设定时间间隔控制星载摆扫相机在短时间内观测3～4个已知方位恒星或地标，结合下传图像定位辅助数据和理想成像定位模型，迭代解算一轨不同采样时刻星上由热变形引起的星载摆扫相机相对于星敏感器姿态基准间的等效失配角参数集()，得到星载摆扫相机全视场网格点处的任意探测器像元的实际空间指向St_real:St_real＝R(α_n,β_n,Δζ_i1+δ₁,Δζ_i2+δ₂,Δζ_i3+δ₃,Δζ_i4+δ₄,Δζ_i5+δ₅,Δζ_i6+δ₆)·r_n(i_n,j_n)其中，δ₁,…,δ₆为星上热变形引起的星载相机相对于星敏感器姿态基准间的等效失配角参数集；步骤5：对星载摆扫相机全视场按照二维摆扫转角进行网格划分；步骤6：上一轨获得热变形变化规律参数集用于下一轨图像定位使用；步骤7：一旦获得热变形变化下的任意P点像元在不同转角下相对于卫星本体的矢量表示，结合包括卫星在轨卫星姿态、轨道、时间标志、地球椭圆模型参数即可建立卫星上的星载摆扫相机视线与观测对象之间准确的星地几何关系，实现高精度图像定位。