[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)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810264945.2
• 申請(qǐng)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(guó)
• 申請(qǐng)（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(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

本發(fā)明提供了一種基于姿態(tài)輔助信息的高軌衛(wèi)星影像定位方法及系統(tǒng)。首先，獲取衛(wèi)星影像對(duì)應(yīng)的成像曝光時(shí)刻前后衛(wèi)星軌道、姿態(tài)輔助數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的時(shí)間信息，所述時(shí)間信息與衛(wèi)星時(shí)間同步；其次，獲取衛(wèi)星影像對(duì)應(yīng)的成像曝光時(shí)間段的中間時(shí)刻；再次，對(duì)軌道、姿態(tài)輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行插值運(yùn)算，得到成像曝光時(shí)間段的中間時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的軌道、姿態(tài)信息；最后，利用成像曝光時(shí)間段的中間時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的軌道、姿態(tài)信息對(duì)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(duì)應(yīng)的位置信息。利用高頻次軌道及姿態(tài)數(shù)據(jù)，通過插值獲取相機(jī)曝光時(shí)刻中間值所對(duì)應(yīng)的高精度軌道和姿態(tài)參數(shù)，從而提高高分四號(hào)衛(wèi)星影像無控制點(diǎn)目標(biāo)定位精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于姿態(tài)輔助信息的高軌衛(wèi)星影像定位方法及系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)高分四號(hào)衛(wèi)星高精度影像目標(biāo)定位，屬于衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

影像目標(biāo)定位是遙感衛(wèi)星應(yīng)用的核心技術(shù)之一，也是遙感產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ)和預(yù)處理工作。目標(biāo)定位精度是衛(wèi)星系統(tǒng)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，與目標(biāo)定位精度有關(guān)的主要因素有姿態(tài)確定誤差、衛(wèi)星位置確定誤差、儀器的安裝誤差、星上時(shí)間同步誤差。其中，儀器的安裝誤差表示用于姿態(tài)確定的敏感器的基準(zhǔn)和相機(jī)的基準(zhǔn)不一致。在姿態(tài)敏感器和相機(jī)生產(chǎn)和總裝過程中進(jìn)行嚴(yán)格控制，可使之減小或精確測(cè)量。此部分誤差為系統(tǒng)誤差，可通過在軌的地面標(biāo)定獲得其大小，可作為常值誤差消除。因此在后續(xù)的分析中考慮對(duì)定位誤差影響的主要因素有：姿態(tài)確定誤差、衛(wèi)星位置確定誤差、星上時(shí)間同步誤差。要實(shí)現(xiàn)較高的圖像定位精度，通常意味著需要高精度的姿態(tài)和軌道測(cè)量，以及高精度的系統(tǒng)時(shí)鐘要求等。

高分四號(hào)衛(wèi)星是我國(guó)首顆高軌高分辨率光學(xué)遙感衛(wèi)星，運(yùn)行于36000km的軌道高度，其軌道高度是低軌光學(xué)遙感衛(wèi)星的數(shù)十倍，在無地面控制點(diǎn)的情況下對(duì)定位精度提出了很高的要求。主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，其一是高的軌道高度導(dǎo)致相同面積探測(cè)器探測(cè)到的能量比低軌光學(xué)遙感衛(wèi)星小的多，因此成像曝光時(shí)間是低軌光學(xué)遙感衛(wèi)星的數(shù)倍到數(shù)十倍，長(zhǎng)時(shí)間成像曝光給目標(biāo)定位帶來了前所未有的難題；其二是高的軌道高度導(dǎo)致微小的姿態(tài)測(cè)量誤差對(duì)定位精度的影響比低軌光學(xué)遙感衛(wèi)星大的多，因此姿態(tài)確定精度對(duì)目標(biāo)定位影響大。因此，如何高精度實(shí)現(xiàn)高分四號(hào)衛(wèi)星影像目標(biāo)定位已成為該衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用及推廣的關(guān)鍵步驟，同時(shí)，這成為一個(gè)具有研究?jī)r(jià)值的問題。

針對(duì)上述問題，美國(guó)“地球靜止環(huán)境業(yè)務(wù)衛(wèi)星”(GOES)系列、中國(guó)風(fēng)云(FY-4)衛(wèi)星及歐洲航天局“第三代氣象衛(wèi)星”(MTG)采用了圖像導(dǎo)航與配準(zhǔn)(Image Navigation andRegistration，INR)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過對(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)的擾動(dòng)源分析并采取補(bǔ)償措施，使氣象衛(wèi)星的成像設(shè)備具有較高的指向精度和穩(wěn)定性，從而減小了像素與實(shí)際地理坐標(biāo)之間的誤差。但I(xiàn)NR系統(tǒng)的更多的是強(qiáng)調(diào)對(duì)星上擾振源的分析，從而對(duì)載荷的擺鏡進(jìn)行補(bǔ)償控制，高分四號(hào)衛(wèi)星采用面陣凝視成像體制，載荷不存在擺鏡，不適合采用該系統(tǒng)。此外，該系統(tǒng)沒有在根本上解決星上時(shí)間同步誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對(duì)高分四號(hào)衛(wèi)星軌道高度高、曝光時(shí)間長(zhǎng)、姿態(tài)測(cè)量精度要求高的特點(diǎn)，提供一種基于姿態(tài)輔助信息的高軌衛(wèi)星影像定位方法及系統(tǒng)，利用高頻次姿態(tài)輔助信息獲取曝光時(shí)刻中間值的軌道、姿態(tài)參數(shù)，從而提高高分四號(hào)衛(wèi)星無控制點(diǎn)目標(biāo)定位精度。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種基于姿態(tài)輔助信息的高軌衛(wèi)星影像定位方法，該方法步驟如下：

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

(3)、對(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)的軌道、姿態(tài)信息對(duì)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(duì)應(yīng)的位置信息。