基于控制直线的光学卫星传感器在轨几何定标方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于控制直线的光学卫星传感器在轨几何定标方法及系统，首先，建立基于控制直线的光学卫星传感器在轨几何定标模型；其次，建立卫星传感器各CCD探元在卫星姿态测量参考系下的指向角模型；然后，求解CCD探元指向角模型系数；最后，求解各CCD探元在卫星姿态测量参考系下的指向角。在地面控制点难以获取的情况下，本发明可以利用控制直线对光学卫星传感器各CCD探元在卫星姿态测量参考系下的指向角进行精确在轨几何定标，有效消除线阵推扫式光学卫星影像对地目标定位结果中的系统误差，明显提高影像无地面控制对地目标定位精度。

主权项

一种基于控制直线的光学卫星传感器在轨几何定标方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，建立基于控制直线的光学卫星传感器在轨几何定标模型，实现如下，设物方空间的控制直线L由WGS84坐标已知的两个地面点P₁(X₁,Y₁,Z₁)和P₂(X₂,Y₂,Z₂)唯一确定，直线l为物方空间直线L在像方空间的同名直线，点t₁和t₂为像方直线l的两个端点，点p为直线l上的任意一个像点，像点p对应的CCD探元在卫星姿态测量参考系下的指向角为(ψ′_y,ψ′_x)，点S(X_S,Y_S,Z_S)为与像点p对应的瞬时投影中心，令$\left[\begin{array}{c}{d}_1\\ d_2\\ d_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}(Y_2-Y_1)(Z_1-Z_S)-(Z_2-Z_1)(Y_1-Y_S)\\ (Z_2-Z_1)(X_1-X_S)-(X_2-X_1)(Z_1-Z_S)\\ (X_2-X_1)(Y_1-Y_S)-(Y_2-Y_1)(X_1-X_S)\end{array}\right]$光学卫星传感器在轨几何定标模型表示如下，(r₁₁d₁+r₂₁d₂+r₃₁d₃)tan(ψ′_y)+(r₁₂d₁+r₂₂d₂+r₃₂d₃)tan(ψ′_x)‑(r₁₃d₁+r₂₃d₂+r₃₃d₃)＝0其中，系数r₁₁、r₁₂、r₁₃、r₂₁、r₂₂、r₂₃、r₃₁、r₃₂、r₃₃为矩阵R中的元素，$R=R_{J2000}^{WGS84}{R}_{Attitude}^{J2000}=\left[\begin{array}{ccc}{r}_{11}& r_{12}& r_{13}\\ r_{21}& r_{22}& r_{23}\\ r_{31}& r_{32}& r_{33}\end{array}\right]$为J2000坐标系至WGS84坐标系的旋转矩阵，为卫星姿态测量参考系至J2000坐标系的旋转矩阵；步骤2，建立卫星传感器各CCD探元在卫星姿态测量参考系下的指向角模型如下，$\left\{\begin{array}{c}tan\left({\psi }_y^{\prime }\right)=a_0+a_{1}N+a_2{N}^2+a_3{N}^3\\ tan\left({\psi }_x^{\prime }\right)=b_0+b_{1}N+b_2{N}^2+b_3{N}^3\end{array}\right.$其中，(a₀,a₁,a₂,a₃,b₀,b₁,b₂,b₃)为CCD探元指向角模型系数，N为CCD探元编号；步骤3，求解CCD探元指向角模型系数，实现如下，针对每一条控制直线L，分别利用直线l上两个端点t₁、t₂的坐标观测值建立误差方程式如下，V＝AX‑L式中，向量$V=\left[\begin{array}{c}{v}_{t_1}\\ v_{t_2}\end{array}\right],$其中分别表示点t₁、t₂对应的改正数；向量X＝[a₀ a₁ a₂ a₃ b₀ b₁ b₂ b₃]^T；向量$L=\left[\begin{array}{c}{\left(M_3\right)}_{t_1}\\ {\left(M_3\right)}_{t_2}\end{array}\right];$向量$A=\left[\begin{array}{cccccccc}{\left(M_1\right)}_{t_1}& {\left(M_{1}N\right)}_{t_1}& {\left(M_1{N}^2\right)}_{t_1}& {\left(M_1{N}^3\right)}_{t_1}& {\left(M_2\right)}_{t_1}& {\left(M_{2}N\right)}_{t_1}& {\left(M_2{N}^2\right)}_{t_1}& {\left(M_2{N}^3\right)}_{t_1}\\ {\left(M_1\right)}_{t_2}& {\left(M_{1}N\right)}_{t_2}& {\left(M_1{N}^2\right)}_{t_2}& {\left(M_1{N}^3\right)}_{t_2}& {\left(M_2\right)}_{t_2}& {\left(M_{2}N\right)}_{t_2}& {\left(M_2{N}^2\right)}_{t_2}& {\left(M_2{N}^3\right)}_{t_2}\end{array}\right],$其中中间变量M₁＝r₁₁d₁+r₂₁d₂+r₃₁d₃，M₂＝r₁₂d₁+r₂₂d₂+r₃₂d₃，M₃＝r₁₃d₁+r₂₃d₂+r₃₃d₃，分别表示点t₁、t₂对应的变量值；然后根据最小二乘平差原理形成法方程，求解未知数X；步骤4，根据步骤2所得指向角模型和步骤3所得CCD探元指向角模型系数，求解各CCD探元在卫星姿态测量参考系下的指向角。