[發明專利]低軌空間相機自由指向像移矢量計算方法

有效

• 申請號: 201310345387.X
• 申請日: 2013-08-08
• 公開（公告）號: CN103487032A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 謝少波;秦冉冉
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

1.一種低軌空間相機自由指向像移矢量計算方法，包括步驟如下：

步驟1：基于地理坐標系建立物點與像點之間的共軛空間幾何方程，即物像方程；

步驟2：計算自由指向物點物距表達式；

步驟3：計算在地理坐標系中自由指向物點坐標；

步驟4：將物距、物點坐標代入物像方程，對方程進行微分得到像移矢量。

2.根據權利要求1所述的低軌空間相機自由指向像移矢量計算方法，其特征在于，所述步驟1中，物像方程是基于地理坐標系通過坐標變換建立的，具體算法如下：

（1）在物像方程建立中選擇八個坐標系，分別為：

1）地心慣性坐標系O_e-x₁y₁z₁

原點：地心O_e

Z軸：指向軌道面與赤道面的交點

Y軸：指向北極，按右手法則，確定X軸方向；

2）地球坐標系O_e-x₄y₄z₄

原點：地心O_e

地球坐標系由地心慣性坐標系繞Y軸旋轉ωt得到,ω為地球自轉角速度；

3）地心軌道坐標系O_e-x_py_pz_p

原點：地心O_e

Z軸：衛星軌道平面內，指向衛星

Y軸：指向衛星軌道平面的正法線方向；

4）衛星軌道坐標系S-x_oy_oz_o

原點：衛星質心S

Z軸：指向天頂

X軸：衛星軌道平面內，指向衛星運動方向

Y軸按右手法則獲得；

5）衛星本體坐標系S-x_by_bz_b

原點：衛星質心S

衛星本體坐標系由衛星軌道坐標系繞x軸旋轉，繞y軸旋轉θ，繞z軸旋轉ψ得到。其中為衛星姿態的滾動角，θ為衛星姿態的俯仰角，ψ為衛星姿態的偏航角；

6）地理坐標系G-x_gy_gz_g

地理坐標系由衛星軌道坐標系沿Z軸移動H得到，H為衛星地面高度，x_g,y_g為景物偏離星下點前向和橫向距離；

7）相機坐標系C-x_cy_cz_c

原點：物鏡主點S

假設相機安裝時無安裝誤差，則各坐標軸與S-x_by_bz_b相應坐標軸平行，但比例縮小f/L,其中f為相機焦距，L為衛星質心到光軸物面中心的距離；

8）像面坐標系I-x_iy_i

原點：像面中心點I

與相機坐標系X軸、Y軸同向，再沿z軸移動-f得到；

上述算法中相關變量定義如下：

R：地球半徑；

H₀：衛星質心到地心的距離H₀；

H：衛星星下點軌道高度，H=H₀－R；

L：衛星質心到物面中心的距離，即物點的物距；

f：相機鏡頭焦距；

Ω：衛星軌道角速度大小Ω；

ω：地球自轉角速度大小，ω＝7.2921151467×10^－5rad/s；

i₀：軌道傾角i₀；

θ₀、ψ₀：當前時刻衛星本體相對軌道坐標系的目標姿態角；

θ、ψ：衛星本體系相對軌道坐標系按123轉序描述的滾動角、俯仰角和偏航角，描述衛星在當前時刻初始姿態基礎上的運動；

衛星本體系相對軌道坐標系按123轉序描述的滾動歐拉角速度、俯仰歐拉角速度和偏航歐拉角速度；

V_p1、V_p2：分別表示像面坐標系中像移速度在O_pP₁、O_pP₂軸上的分量；

λ：衛星星下點緯度，南緯為負，北緯為正；

γ₀：在軌道平面內，衛星到降交點之間所對應的軌道中心角；

（2）建立物像方程