[發明專利]基于序列圖像軸線的空間翻滾衛星自旋姿態優化估計方法

有效

• 申請號: 201910186566.0
• 申請日: 2019-03-12
• 公開（公告）號: CN109931925B
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發明（設計）人: 郭鵬宇;曹璐;李獻斌;冉德超;朱效洲
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍軍事科學院國防科技創新研究院
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00
• 代理公司: 11534 北京奧文知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 張文;苗麗娟

1.一種基于序列圖像軸線的空間翻滾衛星自旋姿態優化估計方法，其特征在于，所述方法用于實現空間翻滾衛星的自旋姿態優化估計，所述方法包括：

建立三維衛星軸線與二維衛星圖像軸線成像幾何關系：設定世界坐標系、相機坐標系與衛星本體坐標系的相互關系，根據三維衛星軸線與二維衛星圖像軸線的共面約束關系，建立所述三維衛星軸線與所述二維衛星圖像軸線的成像幾何關系；同時提取二維衛星圖像軸線：基于空間監視相機拍攝的序列二維衛星圖像，利用圖像處理算法，提取序列二維衛星圖像軸線；

非線性迭代優化求解所述空間翻滾衛星與所述空間監視相機的相對姿態：確定所述空間翻滾衛星與所述空間監視相機的相對姿態初值，選取代數誤差最小化為目標函數，利用非線性迭代方式，優化求解所述空間翻滾衛星與所述空間監視相機的相對姿態；

其中，設定：在t₀時刻，所述世界坐標系與所述衛星本體坐標系重合，所述空間翻滾衛星的軸線在所述世界坐標系下的單位方向向量為n；在t時刻，所述衛星本體坐標系相對所述世界坐標系的旋轉矩陣為所述相機坐標系相對所述世界坐標系的旋轉矩陣和平移為和所述空間翻滾衛星投影在所述空間監視相機的歸一化像平面的軸線為l^t，空間監視相機光心O_C與軸線l^t確定的平面為π^t，所述平面π^t的單位法向量為N^t；

基于以上設定，得到三維衛星軸線方向與二維衛星圖像軸線方向的幾何約束方程為：

按羅德里格斯描述為(r,a)，r為所述空間翻滾衛星的自旋軸，a為所述空間翻滾衛星的自旋角速率；

所述平面π^t的單位法向量N^t利用公式2計算獲取；

和表示所述空間翻滾衛星投影在所述空間監視相機的歸一化像平面的軸線上的任意兩點的坐標，l表示所述空間翻滾衛星的二維圖像軸線；

所述相機坐標系相對所述世界坐標系的旋轉矩陣采用遙測量方式計算；

采用慣性主軸計算法、主成分分析法或最小外接矩形法提取所述序列二維衛星圖像軸線；

選取代數誤差最小化為目標函數，所述目標函數為：

利用非線性迭代方法對所述目標函數進行優化求解，為待優化參數。