[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

技術領域

本發明涉及拓展空間相機自由指向工作，具體涉及低軌空間相機自由指向像移矢量的計算方法。

背景技術

根據光學衛星的發展趨勢，為了滿足多目標靈活機動成像的任務需求，未來光學衛星將具備更強的機動性和敏捷性，裝載其上的低軌推掃式空間相機必須能適應對地任意角度的成像，即除了能俯仰或者滾動一維機動成像外，還能滿足俯仰及滾動兩維同時機動成像，因此必須研究低軌空間相機自由指向像移矢量計算方法，給出相機像移矢量模型，相機根據像移矢量對行頻實現精確控制及對偏流角實現精確補償。

目前低軌空間相機像移矢量計算方法在許多資料中已有論述，對于平飛、俯仰、滾動成像的像移矢量計算方法已經獲取并已工程實施，現有技術中關于基于自由指向像移矢量計算方法存在的缺陷表現在忽略了地球曲率問題，造成計算結果不精確，因此不能用于工程實施中。而本方法獲得的模型及算法能克服上述不足并能在工程中實現。

發明內容

針對上述現有技術中存在的技術問題，本發明提供一種低軌空間相機自由指向像移矢量計算方法，相比現有計算方法，大量簡化公式，用一個公式兼容了平飛、一維機動、二維機動各種模式，客服傳統算法俯仰機動和滾動機動公式為獨立推導，計算量大，工程實現復雜的問題，能在工程中實現。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種低軌空間相機自由指向的像移矢量計算方法，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。

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；