[发明专利]一种高分辨率相机不同视场积分时间确定方法

权利要求书

1.一种高分辨率相机不同视场积分时间确定方法，其特征在于步骤如下：

1)建立相机积分时间计算模型：

Tint=dfθ/(Vgθ/Lθ);]]>

式中，T_int为计算的积分时间；d为CCD像元尺寸；(V_g/L)_θ为θ视场对应摄影点像移速度与摄影点斜距的比值；f_θ为相机θ视场对应的视线长度，其与相机视主距f₀关系为：

f_θ＝f₀/cosθ；

其中，所述θ视场为与中心视场成夹角θ的视场；

定义坐标系以飞行方向为X向，指向地心方向为Z向，Y向按右手定则确定；则沿X、Y、Z方向旋转角的旋转矩阵如下：

2)将θ视场对应的视向转换到WGS84坐标系下，获得θ视场在WGS84坐标系间的视向

21)根据θ视场对应的视向与相机之间的转换关系

R_CD＝R_x(Φ)R_y(θ)

将θ视场对应的视向转换到相机坐标系下；式中，R_CD为θ视场到相机的转换矩阵；Ф为相机偏场角；θ＝n·(FOV/2)，其中n取值范围为[-1,1]，FOV为相机的视场角；

22)根据相机坐标系与卫星本体坐标系的转换关系

将相机坐标系下θ视场对应的视向转换到卫星本体坐标系下；式中，R_BC为相机到卫星本体的转换矩阵；κ为相机绕偏航轴旋转的夹角；ω为相机经偏航旋转后的滚动轴旋转的夹角；为相机经上述两次旋转后经俯仰轴旋转的夹角；

23)将卫星本体坐标系下θ视场对应的视向转换到WGS84坐标系下；当获取的卫星姿态为卫星本体相对于轨道系且转序为3-1-2的姿态角时，进入步骤231)；当获取的卫星姿态为卫星本体相对于J2000坐标系的四元数时，进入步骤233)；

231)根据卫星本体坐标系与轨道坐标系的转换关系

R_BO＝R_y(pitch)·R_x(roll)·R_z(yaw)

将卫星本体坐标系下θ视场对应的视向转换到轨道坐标系下；式中，R_BO为卫星本体相对轨道坐标系的转换矩阵；yaw为卫星本体相对轨道坐标系的偏航角；roll为卫星本体相对轨道坐标系的滚动角；pitch为卫星本体相对轨道坐标系的俯仰角；

232)根据轨道坐标系与WGS84坐标系的转换关系

RWO=(X2)X(Y2)X(Z2)X(X2)Y(Y2)Y(Z2)Y(X2)Z(Y2)Z(Z2)Z;]]>

将轨道坐标系下θ视场对应的视向转换到WGS84坐标系下，获得θ视场在WGS84坐标系间的视向并跳转至步骤3)；式中，R_WO为轨道坐标系到WGS84坐标系的转换矩阵；

(Z2)X(Z2)Y(Z2)Z=Z2→=-P(t)→||P(t)→||,]]>

其中，为轨道坐标系偏航轴，为t时刻卫星的位置；

(Y2)X(Y2)Y(Y2)Z=Y2→=Z2→×V(t)→||Z2→×V(t)→||,]]>

其中，为轨道坐标系俯仰轴，为t时刻卫星的运行速度；

(X2)X(X2)Y(X2)Z=X2→=Y2→×Z2→,]]>

其中，为轨道坐标系滚动轴；

233)根据卫星本体坐标系与J2000坐标系的转换关系

RBJ=2(q02+q12)-12(q1q2+q0q3)2(q1q3-q0q2)2(q1q2-q0q3)2(q02+q22)-12(q2q3+q0q1)2(q1q3+q0q2)2(q2q3-q0q1)2(q02+q32)-1]]>

将卫星本体坐标系下θ视场对应的视向转换到J2000坐标系下；式中，R_BJ为卫星本体相对J2000坐标系的转换矩阵；q→=q0q1q2q3]]>为卫星姿态四元数，其中q₀为标量部分；

234)根据J2000坐标系与WGS84坐标系的转换关系

R_WJ＝W(t)R(t)Q(t)

将J2000坐标系下θ视场对应的视向转换到WGS84坐标系，获得θ视场在WGS84坐标系间的视向式中，Q(t)为岁差和章动矩阵，采用IERS2010协议模型；R(t)为地球自转矩阵，其涉及到的时间差采用IERS广播的时间差数据拟合而成；W(t)为极移矩阵，采用IERS广播的极移数据拟合而成；

3)获取摄影点斜距；

31)根据公式X=XS+λ(μW)XY=YS+λ(μW)YZ=ZS+λ(μW)Z]]>

及

X2+Y2A2+Z2B2=1,]]>

计算获得摄影点M的位置坐标(X，Y，Z)，所述的摄影点M为θ视场的视向对应的地面点；式中，λ为比例因子，A＝a+h，B＝b+h，a为WGS84椭球长半轴，b为WGS84椭球短半轴，h为摄影点高程；

32)根据步骤31)得到的摄影点M的位置坐标(X，Y，Z)，计算获得θ视场对应摄影点M的斜距

Lθ=(X-XS)2+(Y-YS)2+(Z-ZS)2;]]>

4)获取摄影点像移；

41)计算获得J2000坐标系下摄影点M相对于相机的速度

VMJ→=VE→-VSM→;]]>

式中，为摄影点M的转动速度，为摄影点在J2000坐标系下相对相机的运动速度，满足：

VSM→=Vω→+Vr→+Vn→+Va→;]]>

其中，为摄影点M在平行于轨道面的切向速度；为摄影点M在平行于轨道面的径向速度；为摄影点M在垂直于轨道面的法向速度；为摄影点M相对卫星姿态转动的运动速度；

42)将J2000坐标系下摄影点M相对于相机的速度转换到相机焦面并投影到推扫方向，得到摄影点M的像移速度

Vgθ=RJC′·VMJ→·100T;]]>

式中，V_gθ为θ视场对应的摄影点M的像移；为摄影点M相对相机在J2000坐标系下的速度；当获取的卫星姿态为卫星本体相对于轨道系且转序为3-1-2的姿态角时，当获取的卫星姿态为卫星本体相对于J2000坐标系的四元数时，R'_JC＝[R^T_BJ·R_BC]^T；

5)根据步骤3)获得的摄影点斜距L_θ以及步骤4)获得的θ视场对应的摄影点M的像移V_gθ，利用步骤1)建立的模型，计算获得相机积分时间T_int。