[發明專利]一種遙感衛星多星聯合逆向定軌定姿方法

有效

• 申請號: 201110210407.3
• 申請日: 2011-07-26
• 公開（公告）號: CN102322863A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 張永軍;鄭茂騰;張祖勛;熊金鑫;黃旭
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 薛玲

技術領域

本發明涉及一種定軌定姿方法，尤其是涉及一種遙感衛星多星聯合逆向定軌定姿方法。

背景技術

中低軌衛星是高精度對地觀測系統中最為重要的平臺系統，廣泛應用于導航定位、資源遙感、大氣探測、海洋、重力場、軍事等重要領域。例如SPOT?5、IRS-P5、IKONOS、QuickBird、GeoEye、WorldView、CBERS-02B、TH-1等遙感衛星，TOPEX和Jason-1等海洋測高衛星，ICESAT等激光測高衛星，CHAMP和GRACE等重力衛星等。中低軌衛星的高精度定軌和定姿技術是高水平衛星應用的必要前提，衛星的軌道和姿態測定精度將直接影響對地觀測衛星的應用水平，因此中低軌對地觀測衛星的精密定軌和定姿理論與方法一直是地學界的研究熱點之一。

現有技術體系下，遙感衛星的軌道主要通過星載GNSS確定，姿態主要通過星敏感器對恒星攝影確定，然后再進行地相機所拍攝影像的對地定位，即采用由衛星到地面的技術路線，可以稱之為正向定軌定姿。我國的遙感衛星均以星載GNSS和恒星敏感器為定軌定姿的主要手段，但是定軌定姿精度嚴重受制于星載GNSS接收機、恒星敏感器及衛星控制器件等硬件的技術水平，已成為制約遙感衛星應用及服務水平大幅提升的重要因素。對于目前已有的或者短期內硬件水平無法獲得實質性突破的遙感衛星（例如資源一號02B/02C，TH一號，資源三號及高分重大專項中的相關遙感衛星等），僅采用星載GNSS和恒星敏感器的定軌定姿結果完全無法滿足高精度遙感應用的需求，因此迫切需要尋求定軌定姿模式與方法的新突破。而國產遙感衛星的多星聯合逆向定軌定姿方法可以大幅提高國產遙感衛星的定位精度，能夠滿足高精度遙感應用的需求。

發明內容

本發明主要是解決現有技術所存在的上述技術問題；提供了一種聯合多顆國產遙感衛星數據，利用少量地面控制信息，進行逆向定軌定姿處理，通過多源數據的聯合區域網平差提高平差結果的穩定性和可靠性，反推各星的高精度軌道和姿態數據，并最終提高國產遙感衛星的對地定位精度，使得國產遙感衛星數據的廣泛使用成為可能的一種遙感衛星多星聯合逆向定軌定姿方法。

本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：

一種遙感衛星多星聯合逆向定軌定姿方法，基于系統誤差補償模型和定向片模型，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，導入多源控制信息、連接點、加密點數據以及各遙感衛星的軌道和姿態數據；

步驟2，構建系統誤差補償模型誤差方程，逐個像點、逐組姿軌數據進行法化和改化處理，生成改化法方程；并將生成的改化法方程進行誤迭代求解，最終得到各未知數的改正數；

步驟3，設置第一未知數改正數閾值以及第一迭代次數閾值，根據未知數改正數判定選擇執行：

若未知數改正數最大值小于未知數改正數閾值或者迭代次數超過迭代次數閾值的任意一個判定條件，則執行步驟4；否則，返回執行步驟2；

步驟4，輸出補償后的系統誤差常數項的軌道和姿態數據；即：將補償了系統誤差常數項的軌道和姿態數據以文件的形式輸出，其格式與輸入的軌道和姿態數據一致，以方便系統直接讀取該數據；

步驟5，根據系統誤差補償模型修正后的軌道和姿態數據，構建定向片模型誤差方程，逐個像點、逐組姿軌數據進行法化和改化處理，生成修正后的改化法方程；并解求改化后的定向片模型法方程，得到各未知數的改正數；

步驟6，設置第二未知數改正數閾值以及第二迭代次數閾值，根據未知數改正數判定選擇執行：

若未知數改正數最大值小于第二未知數改正數閾值或者迭代次數超過第二迭代次數閾值的任意一個判定條件，則執行步驟5；否則，返回執行步驟7；

步驟7，輸出通過聯合逆向定軌定姿所確定的各遙感衛星精確軌道姿態數據以及精度指標。

在上述的一種遙感衛星多星聯合逆向定軌定姿方法，所述的系統誤差補償模型基于下述公式：

其中：，，，，，為定軌定姿數據觀測值，每條線陣對應的外方位元素由原始的觀測數據加上系統誤差補償項；，，分別是補償系統誤差的關于時間的二次多項式的常數項、一次項和二次項；，，分別是補償系統誤差的關于時間的二次多項式的常數項、一次項和二次項；，，分別是補償系統誤差的關于時間的二次多項式的常數項、一次項和二次項；，，分別是補償系統誤差的關于時間的二次多項式的常數項、一次項和二次項；，，分別是補償系統誤差的關于時間的二次多項式的常數項、一次項和二次項；，，分別是補償系統誤差的關于時間的二次多項式的常數項、一次項和二次項；

所述的定向片模型基于下述公式：