[发明专利]一种基于偏振北极点及偏振太阳矢量的静基座粗对准方法

权利要求书

1.一种基于偏振北极点及偏振太阳矢量的静基座粗对准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)、使用图像式偏振传感器以时间间隔△T连续采集n张全天空区域偏振图像，提取天空中各个方向散射点的偏振角m为图像式偏振传感器像素数，根据拍摄时间间隔△T计算天空中每个散射点的平均旋转角速度ω_i；

步骤(2)、遍历找到图像中平均旋转角速度ω_i为15度/小时的北极点P，根据图像式偏振传感器相机成像模型与相机安装矩阵，确定载体系b下北极点P矢量p^b；

步骤(3)、根据偏振角确定天空中各散射点的E矢量e_i，构造载体系b下E矢量矩阵E^b，计算载体系b下太阳矢量s^b；

步骤(4)、根据地理系n下的北极点矢量pⁿ,和载体系b下的北极点矢量p^b，以及地理系n下的太阳矢量sⁿ,和载体系b下的太阳矢量s^b，计算姿态转移矩阵以此完成静基座初始对准；

所述步骤(4)中，姿态转移矩阵计算公式为：

pⁿ为地理系n下北极点矢量，具体为：

pⁿ＝[0 cosL sinL]^T,

其中，L为当地纬度；

sⁿ为地理系n下太阳矢量，具体为：

其中，为太阳高度角，为太阳方位角，太阳高度角和方位角均能够由天文年历计算得到。

2.根据权利要求1所述的一种基于偏振北极点及偏振太阳矢量的静基座粗对准方法，其特征在于：

所述步骤(2)中，若遍历找到的北极点P在图像坐标系中的坐标为(x_p,y_p)，根据图像式偏振传感器相机成像模型与相机安装矩阵，载体系b下北极点矢量p^b表示为：

p^b＝[sinγ_pcosα_p sinγ_psinα_p cosγ_p]^T,

其中，α_p,γ_p分别为北极点P的在相机坐标系下的观测方位角与高度角，由下式计算得到：

tanα_p＝(y_p-c_y)/(x_p-c_x)

式中，c_x,c_y为图像式偏振传感器镜头光轴在图像中的投影坐标，f为相机焦距，上述参数c_x,c_y,f通过相机标定得到。

3.根据权利要求1所述的一种基于偏振北极点及偏振太阳矢量的静基座粗对准方法，其特征在于：

所述步骤(3)中，天空中各散射点的E矢量e_i由偏振角来表示：

载体系b下E矢量矩阵E^b具体为：

式中，m为图像式偏振传感器像素点个数，由天空中各散射点的E矢量e_i经过以下转换得到：

其中：

tanα_i＝(y_i-c_y)/(x_i-c_x),

式中，α_i,γ_i分别为各散射点在相机坐标系下的观测方位角与高度角，x_i,y_i为天空中各散射点的E矢量e_i在图像坐标系的像素坐标，c_x,c_y为图像式偏振传感器镜头光轴在图像中的投影坐标，f为相机焦距，上述参数c_x,c_y,f通过相机标定得到；

载体系b下太阳矢量s^b的解为矩阵[(E^b)(E^b)^T]_3×3的最小特征值所对应的特征向量。