[發明專利]一種考慮衛星顫振的嚴格成像模型和定位方法

有效

• 申請號: 201410050338.8
• 申請日: 2014-02-13
• 公開（公告）號: CN103793609B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 童小華;徐聿升;劉世杰;葉真;賀瑋;洪中華;李凌云;王鳳香
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司31225
• 代理人: 趙志遠

1.一種考慮衛星顫振的嚴格成像模型和定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)將姿態顫振通過余弦疊合式表示；

2)建立考慮姿態顫振的嚴格成像模型；

3)確定嚴格成像模型參數；

4)采用考慮姿態顫振的嚴格成像模型進行立體定位。

2.根據權利要求1所述的一種考慮衛星顫振的嚴格成像模型和定位方法，其特征在于，所述的將姿態顫振通過余弦疊合式表示具體為：

將多個周期性空間外擾力矩引起的姿態顫振，通過余弦疊合式表示如下：

j=(t)=Σi=1NAicos(2πfit+φi)---(1)]]>

式中，t為飛行時刻，j(t)為在t時刻的姿態顫振值，A_i、f_i和φ_i分別為第i個姿態指向顫振分量的幅值、頻率和相位。

3.根據權利要求2所述的一種考慮衛星顫振的嚴格成像模型和定位方法，其特征在于，所述的建立考慮姿態顫振的嚴格成像模型具體為：

假設飛行方向為像坐標x軸方向，掃描行方向為像坐標y軸方向，(X，Y，Z)為地面點的物方空間坐標，(X_si，Y_si，Z_si)為第i行投影中心的物方空間坐標，R_i為第i行像方坐標系到物方坐標系的旋轉矩陣，其物象間的中心投影關系可以表達為：

XYZ=XsiYsiZsi+λRi0yi-f---(2)]]>

其共線方程的形式如式(3)所示：

0=-f-a1(X-Xsi)+b1(Y-Ysi)+c1(Z-Zsi)a3(X-Xsi)+b3(Y-Ysi)+c3(Z-Zsi)yi=-fa2(X-Xsi)+b2(Y-Ysi)+c2(Z-Zsi)a3(X-Xsi)+b3(Y-Ysi)+c3(Z-Zsi)---(3)]]>

式中f為相機主距，a_i，b_i，c_i為外方位旋轉矩陣元素，其中i＝1，2，3；

設外方位角元素分別為ω_i，κ_i，在衛星飛行狀態相對穩定時，認為外方位元素為時間t的函數，典型的外方位元素模型，使用二次多項式數學模型描述：

式中為起始掃描行的外方位元素；為外方位元素的一階變率，為外方位元素的二階變率；

考慮到衛星姿態顫振是星體坐標系相對于軌道坐標系之間的姿態角變化，將式(2)中的嚴格成像模型按照坐標系之間的旋轉關系細化如下：

PECS=S(t)+Ro(t)·Rb(t)·[CM+λ·RM·(pF-cF)]---(5)]]>

式中P_ECS為地面點的物方空間坐標[X_FCS，Y_ECS，Z_ECS]^T；S(t)為星體的軌道坐標[X_s(t)，Y_s(t)，Z_s(t)]^T；R_o(t)為軌道坐標系相對于地固系之間的旋轉變換；R_b(t)為星體坐標系相對于軌道坐標系的旋轉變換，其由星體的外方位角元素ω(t)，κ(t)決定；C_M和R_M分別為傳感器安置的平移量和旋轉矩陣；c_F為傳感器內方位元素；p_F為地面點的像方坐標[x，y，0]^T；

將式(4)與式(1)相結合，在二次多項式基礎上，使用余弦疊合的形式表達姿態顫振分量，得到新的外方位角元素模型：

式中ω_Ai和κ_Ai分別為橫滾、俯仰和航向方向第i個顫振分量的幅值；同理，f_ωi，f_κi和φ_ωi，φ_κi分別為第i個顫振分量的頻率和相位；Δω和Δk為指向角誤差；N，M和K為各方向的顫振分量個數；當顫振分量的幅值為0時，該方向的的外方位角元素不受姿態顫振的影響，其角元素表達式與二次多項式相同。

4.根據權利要求3所述的一種考慮衛星顫振的嚴格成像模型和定位方法，其特征在于，所述的確定嚴格成像模型參數具體為：

嚴格成像模型的旋轉矩陣參數、內外方檢校參數和外方位線元素模型參數與傳統嚴格成像模型的計算和標定方法相同；

外方位角元素的模型參數由于要與顫振表達式結合，需要根據姿態文件和星體的姿態顫振信息通過平差解算，外方位角元素模型參數初值的獲得分為兩部分：二次多項式部分的參數通過姿態文件給出的低采樣率姿態數據擬合獲得；余弦疊合表達式部分的參數則通過影像顫振探測或高精度陀螺數據獲得。