一种星载相机的相移补偿方法

摘要

一种星载相机的相移补偿方法，包括如下步骤：(1)计算相机摄影线在J2000惯性坐标系下的单位矢量；(2)计算拟摄影点，得到拟摄影点在WGS84地固坐标系下的经纬度；(3)查询全球数字高程图，得到拟摄影点的数字高程；(4)计算摄影点及摄影点速度；(5)计算地速；(6)计算速高比；(7)计算星载相机的积分时间代码，进而星载相机在成像过程中通过得到的积分时间代码进行相移补偿。本发明方法以星上实时的四元数姿态和卫星位置速度为输入，在全球数字高程地图的修正下，通过直接计算摄影点的速高比，得到相机的积分时间代码，其精度可达3‰，且具有不需要地面数据注入、适应空间姿态变化等特点，能够满足航天任务中敏捷卫星空间高精度成像的需要。

主权项

1.一种星载相机的相移补偿方法，其特征在于步骤如下：(1)建立卫星星体坐标系：以卫星的质心为坐标原点O，三轴固连在星体上，在三轴稳定卫星的零姿态的情况下，Z轴垂直于对地的惯量主轴并指向对地方向，X轴垂直于沿速度方向的惯量主轴并指向速度方向，Y轴与Z轴、X轴成右手系；根据公式计算相机摄影线在J2000惯性坐标系下的单位矢量其中，为卫星星体坐标系相对于J2000惯性坐标系的卫星姿态矩阵M_Q的转置矩阵，所述卫星姿态矩阵M_Q是根据卫星星体坐标系相对于J2000惯性坐标系的四元数姿态计算得到，为相机安装坐标系相对于卫星星体坐标系的相机安装矩阵M_C的转置矩阵，为相机摄影线在相机安装坐标系下的单位矢量，且${\overrightarrow{s}}_C={\left(\begin{array}{ccc}0& 0& 1\end{array}\right)}^T;$所述相机安装坐标系定义为：坐标原点O在像平面中心，三轴固连在相机上，Z轴定义为相机的摄影方向，即垂直于像平面的方向，并指向地面景物；X轴在像平面内严格垂直于相机成像像素线阵并沿卫星星体坐标系的X轴的方向；Y轴与Z轴、X轴成右手系；(2)通过如下步骤计算拟摄影点，得到所述拟摄影点在WGS84地固坐标系下的经纬度：(2.1)根据卫星位置和步骤(1)中得到的相机摄影线在J2000惯性坐标系下的单位矢量采用点法式建立摄影方程；(2.2)将所述摄影方程和地球旋转椭球面方程联立，联立后方程的解即为拟摄影点在J2000惯性坐标系下的位置矢量R′＝(R_Jx，R_Jy，R_Jz)^T；(2.3)将得到的拟摄影点在J2000惯性坐标系下的位置矢量R′转换成在WGS84地固坐标系下的位置矢量，再将WGS84地固坐标系下的位置矢量转换成WGS84地固坐标系下的经纬度；(3)根据步骤(2)中得到的拟摄影点在WGS84地固坐标系下的经纬度，查询全球数字高程图，得到拟摄影点的数字高程Δh；(4)通过公式计算摄影点在J2000惯性坐标系下的位置矢量R；其中，R_a为地球半长轴，R_b为地球半短轴；(5)通过公式计算摄影点速度其中，为J2000惯性坐标系下卫星星体坐标系的单位轴矢量，R为J2000惯性坐标系中摄影点位置矢量；和分别为在J2000惯性坐标系下卫星的位置和速度；(6)通过公式计算地速；其中，为相机的扫描推进方向在J2000惯性坐标系下的单位矢量，且为相机的扫描推进方向在相机安装坐标系下的单位矢量，且有${\overrightarrow{t}}_C={\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\end{array}\right)}^T;$为摄影点速度与地物速度合成的相对速度，且有所述地物速度是指将在WGS84地固坐标系下的摄影点的位置矢量和零速度矢量转换到J2000惯性坐标系下得到的速度矢量；(7)通过公式计算星载相机的速高比；其中，为地速的模；h是斜距，为在J2000惯性坐标系下摄影点的位置矢量R到卫星的位置的距离；(8)根据步骤(7)中得到的速高比，通过公式计算星载相机的积分时间代码C_code，进而星载相机在成像过程中通过得到的积分时间代码C_code进行相移补偿；其中，d为星载相机的像元尺寸；f′为星载相机的光学系统的焦距；T为星载相机的时钟周期；T_min为星载相机的最小积分时间。