[發(fā)明專利]低軌衛(wèi)星平面和立體精度預(yù)估方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410134689.7
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN103868531B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐新明;張過;黃文超;江萬壽;吳曉良;胡芬;謝金華;方辰;邱雙雙
• 申請（專利權(quán)）人: 國家測繪地理信息局衛(wèi)星測繪應(yīng)用中心
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明屬于攝影測量與計算機(jī)仿真領(lǐng)域，特別涉及低軌衛(wèi)星的平面和立體精度預(yù)估方法。本發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)不足，提出了一種全新的低軌衛(wèi)星姿態(tài)仿真方法，填補(bǔ)了國內(nèi)在這方面的空白，為低軌衛(wèi)星的預(yù)研工作提供了分析的依據(jù)。本發(fā)明的技術(shù)方案是：對低軌衛(wèi)星成像過程進(jìn)行分析，在其基礎(chǔ)上構(gòu)建對應(yīng)的成像方程，通過帶誤差與不帶誤差的成像方程結(jié)果相比較，得到定位精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于攝影測量與計算機(jī)仿真領(lǐng)域，特別涉及低軌衛(wèi)星的平面和立體精度預(yù)估方法。

背景技術(shù)

在40-50年代，由于計算機(jī)技術(shù)的限制，只有依靠物理仿真，在美國亞利桑那大學(xué)光學(xué)中心建立了世界上第一個航空航天遙感物理仿真系統(tǒng)。在地面實(shí)驗室里利用人造光源提供各種輻亮度和各個光譜譜段的照明條件，布置了不同背景下的各種大小尺寸靶標(biāo)和軍用目標(biāo)模型(包括飛機(jī)、坦克、火炮等)，可以模擬衛(wèi)星在軌飛行情況下的環(huán)境條件以及目標(biāo)的運(yùn)動等，采用可控制位置和運(yùn)動模式的相機(jī)對目標(biāo)按照預(yù)定的程序進(jìn)行照相，以驗證衛(wèi)星的設(shè)計參數(shù)和成像質(zhì)量。

在60年代，美國發(fā)射了多顆地球環(huán)境探測衛(wèi)星，獲得了大量地表、大氣和地球環(huán)境的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)為仿真實(shí)驗室提供了接近真實(shí)的模型。從60年代到90年代，美國多次發(fā)射地球地理環(huán)境探測、校驗和測繪衛(wèi)星，用于監(jiān)視和補(bǔ)充數(shù)據(jù)資料，修正數(shù)學(xué)模型。

80年代末期，ES公司首先在美國GE公司13個部門中的八個部門中應(yīng)用了該公司的集成設(shè)計軟件iSIGHT。1995年，美國NASA資助的LaRC(Landley Research Center)公布了PATCOD集成設(shè)計軟件平臺。美國NASA所屬JPL實(shí)驗室的飛行系統(tǒng)測試平臺(Flight SystemTested，F(xiàn)ST)、Langley研究中心的SPASIM(Spacecraft Simulation)、俄羅斯能源科學(xué)生產(chǎn)聯(lián)合體(NPO Energiya)的綜合仿真測試平臺(KMC)以及德國VEGA信息技術(shù)公司開發(fā)的仿真衛(wèi)星(Simulating Spacectaft)等是九十年代衛(wèi)星仿真技術(shù)發(fā)展的綜合反映。這些軟件用于航天衛(wèi)星(重點(diǎn)是對衛(wèi)星平臺等大系統(tǒng))的設(shè)計和仿真。

目前國外計算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)展很快，可以比較逼真地仿真出成像鏈路的特性，取得了一定成果，但是還是不能代替物理仿真。且在查到的仿真軟件文獻(xiàn)中，多數(shù)是應(yīng)用成果介紹，很少見到詳細(xì)的軟件內(nèi)容。因此發(fā)展國內(nèi)的全鏈路仿真算法和系統(tǒng)來指導(dǎo)衛(wèi)星的預(yù)研工作、從而減少物理仿真的成本是很有必要的。

衛(wèi)星嚴(yán)密幾何成像模型如下所示：

式中：表示衛(wèi)星在WGS84坐標(biāo)系下的位置矢量；m為比例系數(shù)；R_J20002WGS84為J2000坐標(biāo)系到WGS84坐標(biāo)系的變換矩陣；R_orbit2J2000為軌道坐標(biāo)系到J2000坐標(biāo)系的變換矩陣；R_star2orbit為測姿坐標(biāo)系到軌道坐標(biāo)系的變換矩陣；為本體坐標(biāo)系到測姿坐標(biāo)系的變換矩陣，由測姿系統(tǒng)的安裝確定；R_camera2body為傳感器坐標(biāo)系到本體坐標(biāo)系的變換矩陣，由相機(jī)安裝確定；為定位設(shè)備在本體坐標(biāo)系下的偏移；為傳感器安裝到本體坐標(biāo)系的偏移；為像素點(diǎn)對應(yīng)的成像內(nèi)方位元素。所有這些項的誤差均會影響最終的定位精度。而在實(shí)際的衛(wèi)星在軌運(yùn)行中，由于測量設(shè)備的精度限制、成像平臺的穩(wěn)定性及成像環(huán)境等的變化，存在很多因素引起定位項的誤差。如測軌誤差會造成R_orbit2J2000、R_J20002WGS84的誤差；測姿誤差會造成R_star2orbit的誤差；設(shè)備安裝誤差會造成、R_camera2body的誤差；相機(jī)鏡頭畸變會造成的誤差；這些誤差項最終均降低了幾何定位精度。在綜合分析影響幾何定位精度的各方面因素后，我們將影響定位的誤差源分為：姿態(tài)誤差、軌道誤差、時間同步誤差、內(nèi)方位元素誤差、高程誤差和控制點(diǎn)數(shù)量及其分布影響。

發(fā)明內(nèi)容