[发明专利]一种考虑卫星颤振的严格成像模型和定位方法

权利要求书

1.一种考虑卫星颤振的严格成像模型和定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将姿态颤振通过余弦叠合式表示；

2)建立考虑姿态颤振的严格成像模型；

3)确定严格成像模型参数；

4)采用考虑姿态颤振的严格成像模型进行立体定位。

2.根据权利要求1所述的一种考虑卫星颤振的严格成像模型和定位方法，其特征在于，所述的将姿态颤振通过余弦叠合式表示具体为：

将多个周期性空间外扰力矩引起的姿态颤振，通过余弦叠合式表示如下：

j=(t)=Σi=1NAicos(2πfit+φi)---(1)]]>

式中，t为飞行时刻，j(t)为在t时刻的姿态颤振值，A_i、f_i和φ_i分别为第i个姿态指向颤振分量的幅值、频率和相位。

3.根据权利要求2所述的一种考虑卫星颤振的严格成像模型和定位方法，其特征在于，所述的建立考虑姿态颤振的严格成像模型具体为：

假设飞行方向为像坐标x轴方向，扫描行方向为像坐标y轴方向，(X，Y，Z)为地面点的物方空间坐标，(X_si，Y_si，Z_si)为第i行投影中心的物方空间坐标，R_i为第i行像方坐标系到物方坐标系的旋转矩阵，其物象间的中心投影关系可以表达为：

XYZ=XsiYsiZsi+λRi0yi-f---(2)]]>

其共线方程的形式如式(3)所示：

0=-f-a1(X-Xsi)+b1(Y-Ysi)+c1(Z-Zsi)a3(X-Xsi)+b3(Y-Ysi)+c3(Z-Zsi)yi=-fa2(X-Xsi)+b2(Y-Ysi)+c2(Z-Zsi)a3(X-Xsi)+b3(Y-Ysi)+c3(Z-Zsi)---(3)]]>

式中f为相机主距，a_i，b_i，c_i为外方位旋转矩阵元素，其中i＝1，2，3；

设外方位角元素分别为ω_i，κ_i，在卫星飞行状态相对稳定时，认为外方位元素为时间t的函数，典型的外方位元素模型，使用二次多项式数学模型描述：

式中为起始扫描行的外方位元素；为外方位元素的一阶变率，为外方位元素的二阶变率；

考虑到卫星姿态颤振是星体坐标系相对于轨道坐标系之间的姿态角变化，将式(2)中的严格成像模型按照坐标系之间的旋转关系细化如下：

PECS=S(t)+Ro(t)·Rb(t)·[CM+λ·RM·(pF-cF)]---(5)]]>

式中P_ECS为地面点的物方空间坐标[X_FCS，Y_ECS，Z_ECS]^T；S(t)为星体的轨道坐标[X_s(t)，Y_s(t)，Z_s(t)]^T；R_o(t)为轨道坐标系相对于地固系之间的旋转变换；R_b(t)为星体坐标系相对于轨道坐标系的旋转变换，其由星体的外方位角元素ω(t)，κ(t)决定；C_M和R_M分别为传感器安置的平移量和旋转矩阵；c_F为传感器内方位元素；p_F为地面点的像方坐标[x，y，0]^T；

将式(4)与式(1)相结合，在二次多项式基础上，使用余弦叠合的形式表达姿态颤振分量，得到新的外方位角元素模型：

式中ω_Ai和κ_Ai分别为横滚、俯仰和航向方向第i个颤振分量的幅值；同理，f_ωi，f_κi和φ_ωi，φ_κi分别为第i个颤振分量的频率和相位；Δω和Δk为指向角误差；N，M和K为各方向的颤振分量个数；当颤振分量的幅值为0时，该方向的的外方位角元素不受姿态颤振的影响，其角元素表达式与二次多项式相同。

4.根据权利要求3所述的一种考虑卫星颤振的严格成像模型和定位方法，其特征在于，所述的确定严格成像模型参数具体为：

严格成像模型的旋转矩阵参数、内外方检校参数和外方位线元素模型参数与传统严格成像模型的计算和标定方法相同；

外方位角元素的模型参数由于要与颤振表达式结合，需要根据姿态文件和星体的姿态颤振信息通过平差解算，外方位角元素模型参数初值的获得分为两部分：二次多项式部分的参数通过姿态文件给出的低采样率姿态数据拟合获得；余弦叠合表达式部分的参数则通过影像颤振探测或高精度陀螺数据获得。