[發(fā)明專利]一種基于姿態(tài)輔助信息的高軌衛(wèi)星影像定位方法及系統(tǒng)

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810264945.2
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號(hào): CN108663024A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔祥皓;劉鳳晶;朱瑪;劉寧;李果;王成倫;李響;王麗俐;田志新;祖家國
• 申請（專利權(quán)）人: 北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部
• 主分類號(hào): G01C11/02
• 分類號(hào): G01C11/02;G01C11/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

1.一種基于姿態(tài)輔助信息的高軌衛(wèi)星影像定位方法，其特征在于步驟如下：

(1)、獲取衛(wèi)星影像對應(yīng)的成像曝光時(shí)刻前后預(yù)設(shè)的一段時(shí)間內(nèi)的衛(wèi)星軌道、姿態(tài)輔助數(shù)據(jù)及其對應(yīng)的時(shí)間信息，所述時(shí)間信息與衛(wèi)星時(shí)間同步；

(2)、獲取衛(wèi)星影像對應(yīng)的成像曝光時(shí)間段的中間時(shí)刻；

(3)、對軌道、姿態(tài)輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行插值運(yùn)算，得到步驟(2)所述成像曝光時(shí)間段的中間時(shí)刻所對應(yīng)的軌道、姿態(tài)信息；

(4)、利用成像曝光時(shí)間段的中間時(shí)刻所對應(yīng)的軌道、姿態(tài)信息對高分四號(hào)衛(wèi)星影像進(jìn)行定位，得到高分四號(hào)衛(wèi)星影像對應(yīng)的位置信息。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高頻次姿態(tài)輔助信息的高分四號(hào)衛(wèi)星影像目標(biāo)定位方法，其特征在于所述軌道、姿態(tài)輔助數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)更新周期小于等于100ms。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高頻次姿態(tài)輔助信息的高分四號(hào)衛(wèi)星影像目標(biāo)定位方法，其特征在于所述的“成像曝光時(shí)刻前后一段時(shí)間”大于等于30s。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高頻次姿態(tài)輔助信息的高分四號(hào)衛(wèi)星影像目標(biāo)定位方法，其特征在于步驟(2)中衛(wèi)星影像對應(yīng)的成像曝光時(shí)間段的中間時(shí)刻通過下列方法獲取：

(2.1)、相機(jī)開機(jī)之后，利用本地時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)，接收外部輸入的秒脈沖信號(hào)及其對應(yīng)的衛(wèi)星同步時(shí)間，所述秒脈沖有效時(shí)刻對應(yīng)衛(wèi)星同步時(shí)間的整秒時(shí)刻；

(2.2)、記錄衛(wèi)星影像對應(yīng)的成像曝光起始時(shí)刻之前最近的秒脈沖對應(yīng)的本地時(shí)鐘計(jì)數(shù)值M，成像曝光起始時(shí)刻之后最近的秒脈沖對應(yīng)的本地時(shí)鐘計(jì)數(shù)值N，衛(wèi)星影像成像曝光起始時(shí)刻對應(yīng)的本地時(shí)鐘計(jì)數(shù)值P，計(jì)算該衛(wèi)星影像幅的成像曝光起始時(shí)刻的亞秒t：

(2.3)、將成像曝光起始時(shí)刻亞秒t，加上成像曝光起始時(shí)刻之前最近的秒脈沖對應(yīng)的衛(wèi)星整秒時(shí)刻T，即可獲得衛(wèi)星影像對應(yīng)的成像曝光起始時(shí)刻對應(yīng)的衛(wèi)星時(shí)刻T_N：

T_N＝t+T；

(2.4)、將衛(wèi)星影像對應(yīng)的成像曝光起始時(shí)刻對應(yīng)的衛(wèi)星時(shí)刻T_N，加上相機(jī)曝光時(shí)間S的一半，即可獲得高精度成像曝光中間時(shí)刻對應(yīng)的衛(wèi)星時(shí)刻T_M：

T_M＝T_N+S/2。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高頻次姿態(tài)輔助信息的高分四號(hào)衛(wèi)星影像目標(biāo)定位方法，其特征在于：所述衛(wèi)星軌道信息包括軌道六根數(shù)：半長軸l、升交點(diǎn)赤徑Ω、偏心率e、傾角i、真近點(diǎn)角f、近地點(diǎn)幅角ω，所述衛(wèi)星姿態(tài)信息包括衛(wèi)星姿態(tài)四元數(shù)：衛(wèi)星姿態(tài)四元數(shù)Q₀、衛(wèi)星姿態(tài)四元數(shù)Q₁、衛(wèi)星姿態(tài)四元數(shù)Q₂、衛(wèi)星姿態(tài)四元數(shù)Q₃。

6.一種基于姿態(tài)輔助信息的高軌衛(wèi)星影像定位系統(tǒng)，其特征在于包括數(shù)管分系統(tǒng)、控制分系統(tǒng)、相機(jī)分系統(tǒng)、數(shù)傳分系統(tǒng)、定位處理系統(tǒng)，其中：

控制分系統(tǒng)，將軌道、姿態(tài)輔助數(shù)據(jù)及對應(yīng)的時(shí)間信息按照預(yù)設(shè)的周期通過數(shù)傳分系統(tǒng)發(fā)送至定位處理系統(tǒng)，所述時(shí)間信息與衛(wèi)星時(shí)間同步；

數(shù)管分系統(tǒng)，向相機(jī)分系統(tǒng)發(fā)送秒沖信號(hào)及其對應(yīng)的衛(wèi)星同步時(shí)刻，所述秒脈沖有效時(shí)刻對應(yīng)衛(wèi)星同步時(shí)間的整秒時(shí)刻；

相機(jī)分系統(tǒng)，開機(jī)之后，利用本地時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)，接收數(shù)管分系統(tǒng)發(fā)送的秒脈沖信號(hào)及其對應(yīng)的衛(wèi)星同步時(shí)刻，將衛(wèi)星影像對應(yīng)的成像曝光起始時(shí)刻之前最近的秒脈沖對應(yīng)的本地時(shí)鐘計(jì)數(shù)值M和衛(wèi)星整秒時(shí)刻T、成像曝光起始時(shí)刻之后最近的秒脈沖對應(yīng)的本地時(shí)鐘計(jì)數(shù)值N、衛(wèi)星影像成像曝光起始時(shí)刻對應(yīng)的本地時(shí)鐘計(jì)數(shù)值P與對應(yīng)的衛(wèi)星影像按照預(yù)設(shè)的編碼格式編幀通過數(shù)傳分系統(tǒng)發(fā)送至定位處理系統(tǒng)；

定位處理系統(tǒng)，解算衛(wèi)星圖影像對應(yīng)的成像曝光中間時(shí)刻對應(yīng)的衛(wèi)星時(shí)刻T_M，再通過拉格朗日插值方法計(jì)算出所述成像曝光時(shí)間段的中間時(shí)刻所對應(yīng)的軌道、姿態(tài)信息對高分四號(hào)衛(wèi)星影像進(jìn)行定位，得到高分四號(hào)衛(wèi)星影像對應(yīng)的位置信息。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于姿態(tài)輔助信息的高軌衛(wèi)星影像定位系統(tǒng)，其特征在于所述預(yù)設(shè)的周期小于等于100ms。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于姿態(tài)輔助信息的高軌衛(wèi)星影像定位系統(tǒng)，其特征在于解算衛(wèi)星圖影像對應(yīng)的成像曝光中間時(shí)刻對應(yīng)的衛(wèi)星時(shí)刻T_M的具體方法為：

(a)、根據(jù)衛(wèi)星影像對應(yīng)的成像曝光起始時(shí)刻之前最近的秒脈沖對應(yīng)的本地時(shí)鐘計(jì)數(shù)值M，成像曝光起始時(shí)刻之后最近的秒脈沖對應(yīng)的本地時(shí)鐘計(jì)數(shù)值N，衛(wèi)星影像成像曝光起始時(shí)刻對應(yīng)的本地時(shí)鐘計(jì)數(shù)值P，計(jì)算該衛(wèi)星影像幅的成像曝光起始時(shí)刻的亞秒t：

(b)、將成像曝光起始時(shí)刻亞秒t，加上成像曝光起始時(shí)刻之前最近的秒脈沖對應(yīng)的衛(wèi)星整秒時(shí)刻T，即可獲得衛(wèi)星影像對應(yīng)的成像曝光起始時(shí)刻對應(yīng)的衛(wèi)星時(shí)刻T_N：

T_N＝t+T；

(c)、將衛(wèi)星影像對應(yīng)的成像曝光起始時(shí)刻對應(yīng)的衛(wèi)星時(shí)刻T_N，加上相機(jī)曝光時(shí)間S的一半，即可獲得高精度成像曝光中間時(shí)刻對應(yīng)的衛(wèi)星時(shí)刻T_M：

T_M＝T_N+S/2。