[发明专利]一种偏场CCD双相机组合的地面成像投影的测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种偏场CCD双相机组合在整星状态下的相关安装精度的测定方法。

背景技术

为满足卫星成像的大幅宽要求，同时又局限于CCD器件的规模，星上经常会配置超过一台相机，而且相机一般配置多片CCD同时进行成像，这些CCD通常以偏场的方式安装在相机焦面上。

如图1所示，为一个星载偏场CCD的双相机成像组合。为了实现大的视场要求，共配置了两台相机，分别为相机A和相机B，两台相机之间按照一个固定的夹角(保证两台相机间视场重叠)安装在相机支架上，构成一个双相机并整体安装在卫星上。图1中的X、Y、Z为卫星本体坐标系的三轴，E₀、F₀分别为相机B的相机本体坐标系+Z₁轴方向和相机A的相机本体坐标系+Z₁轴方向，H₀、I₀分别为相机B的相机本体坐标系+Y₁轴方向和相机A的相机本体坐标系-Y₁轴方向。其中，卫星本体坐标系(OXYZ)的原点O在对接环下端框星箭对接面中心，对接环的轴心线为卫星X轴，由原点指向载荷舱方向为正，卫星Z轴为平行于短隔板方向，以相机安装侧为正，Y轴平行于长隔板方向，以蓄电池安装侧为负且遵循右手定则与X轴、Z轴构成卫星本体直角坐标系；相机本体坐标系(O₁X₁Y₁Z₁)的原点O₁在相机成像投影中心，Z₁轴平行于相机的光轴，即主点方向，X₁轴指向相机成像时的推扫方向，Y₁轴与X₁轴和Z₁轴构成右手系，平行于CCD线阵方向。由于相机本体坐标系不方便测定，通常将此坐标系引出，形成相机基准立方镜安装在相机上，相机基准立方镜在X₁、Y₁、Z₁三个方向平面的法线方向即为相机本体坐标系的X₁、Y₁、Z₁轴。

每台相机(相机A和相机B)在焦平面上偏场安装了三片CCD，三片CCD成品字形排列(定义为CCD1、CCD2、CCD3)，其中CCD2在相机+X₁向偏场1.15°，位于Y₁向视场中央，CCD1、CCD3在相机+X₁向偏场0.7°，相对于Y₁向视场中央呈对称分布，且定义CCD1、CCD3的对称中心为相机的视轴(图1中的E、F为两台相机的偏场视轴指向)。双相机的视场及视轴分布如图2所示，图中的A1、A2、A3、B1、B2、B3分别表示A相机和B相机的CCD1、CCD2、CCD3。

这样的相机组合体交付卫星进行总装后，需要对相机的安装精度进行验证。在卫星经历了整星电测、力学环境试验、热试验、磁试验等各阶段测试及大型试验后，仍然需要对相机安装精度的变化进行精测。通过进行精测，可以对两相机夹角、总视场角、视轴空间指向等参数及相机安装精度是否发生变化进行监测，并为卫星发射入轨后的图像数据处理提供原始的数据资料支持。地面成像投影就是依据整星精测得到的数据以及对图像投影坐标系的相关分析，按照卫星在轨成像几何关系得到的卫星各个CCD器件在地面上的投影几何关系。

随着卫星对安装精度和遥感器空间指向精度要求的提高，在整星状态下对遥感器安装精度以及整星状态其下几何参数的精确测量已经逐渐成为了遥感卫星总体的工作趋势。根据地面成像投影不但能够在卫星工厂阶段对卫星的实际成像条件以及器件实际在轨拼接情况进行预估，还能够为地面应用系统消除图像的初期系统误差，提高图像定位精度提供最直接的支持。

在传统地面成像投影的分析方法中，主要使用视轴测量结合每台相机的理论设计结果来进行投影的分析，这种方法忽略了一个很大的因素就是由于相机的组合安装和CCD的偏场安装，导致从相机到卫星的安装偏差没有在投影分析链中得到体现，因此导致几何分析精度偏低，对实际投影情况预估不足，造成对卫星性能的测试漏洞。另外，当预估偏差过大时还会在卫星入轨后出现CCD视场拼接漏缝的情况。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种几何测量精度高、使用方式灵活的偏场CCD双相机组合的地面成像投影的测定方法。

本发明的技术解决方案是：一种偏场CCD双相机组合的地面成像投影的测定方法，步骤如下：