[发明专利]卫星图像导航与配准全物理试验装置及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及导航与配准领域，具体地，涉及卫星图像导航与配准全物理试验装 置及测试方法。

背景技术

图像导航与配准是补偿星载相机扫描镜运动干扰、卫星姿态变化、轨道漂移以 及结构热变形等因素对遥感卫星图像几何应用影响的关键技术。美国三轴稳定静止 轨道气象卫星，从1994年发射的GOES-8就开始着手解决图像导航与配准问题，不 仅在地面进行了反复试验，而且卫星发射之后，针对卫星在轨情况，进行了大量的 设计优化，通过5颗卫星的持续改进，历时11年，到2006年发射的GOES-13卫星， 图像导航与配准性能才有明显改善。

图像导航与配准技术涉及卫星总体、姿态控制、相机等多个系统，技术难度很 大，采用三轴气浮台全物理仿真综合成像试验能够有效地验证系统设计的可行性和 补偿效果，以便确定卫星图像导航与配准系统方案，检验星载软硬件的性能，优化 总体、控制系统、相机以及地面应用系统的指标，全面验证并确定整个图像导航与 配准系统的设计参数，确保卫星上的图像导航与配准技术方案和系统指标满足星上 的要求。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资 料。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种卫星图像导航与配准全物理 试验装置及测试方法，涉及一种对地遥感光学卫星图像导航与配准全物理试验技术 及验证方法，更具体的说，涉及一种三轴稳定光学遥感卫星在轨高精度图像导航与 配准的地面验证方法，用于星地一体化图像导航与配准技术有效性评估和性能验 证。

根据本发明提供的一种卫星图像导航与配准全物理试验装置，包括：三轴气浮 台1、光轴测量系统2、调节机构3、无线通信设备4、光电自准直仪5、相机安装 板6、成像相机7、太阳帆板驱动模拟机构8、陀螺组合9、飞轮组合10；

无线通信设备4、相机安装板6、太阳帆板驱动模拟机构8、陀螺组合9、飞轮 组合10按照装星状态安装在三轴气浮台1的仪表平台上；成像相机7安装在相机 安装板6上；

光轴测量系统安装于调节机构上；两台光电自准直仪90度布局，均放置在隔 振地基上；

光轴测量系统模拟无穷远处的遥感目标，用于测评三轴气浮台模拟卫星在轨姿 态变化下的相机光轴指向变化；通过调节机构调整光轴测量系统出射的光线指向， 使得三轴气浮台上的相机能够对光轴测量系统的出射光线进行成像，实现对卫星在 轨全光链路成像的地面模拟；两台光电自准直仪联合对三轴气浮台的台体姿态进行 测量，用于台体姿态变化监视以及对图像的姿态运动补偿。

优选地，三轴气浮台1包括轴承座、气浮球以及仪表平台；仪表平台转动惯量 在试验前利用配重块调整与卫星一致；仪表平台与气浮球的法兰面螺接；三轴气浮 台通过在轴承座与气浮球之间形成的气膜，产生气体压力抵消气浮球和仪表平台的 重力，将仪表平台连同气浮球浮起，以1：1动力学模拟卫星在轨微干扰力矩环境 下的三轴自由转动；气浮球采用3/4球；飞轮组合10的状态与星上状态一致。

优选地，还包括照明光源、星点分划板、准直物镜；

照明光源发出的亮度均匀光线，经过滤光片后照亮位于准直物镜焦平面上的星 点分划板，星点分划板上所模拟的星点经准直物镜后以平行光射出，在被测相机的 入瞳处形成一幅完整的遥感目标像，实现对目标的成像模拟；

照明光源采用积分球与红外黑体组合的方式来实现不同探测谱段目标的模拟， 其中积分球光谱范围涵盖0.4μm～2.5μm，采用红外黑体作为红外光源涵盖2μm～ 5μm的中波辐射模拟；

星点分划板上刻有透光圆点，准直物镜采用大视场离轴三反射系统的方式实现 大视场无穷远处的目标模拟，目标辐强度通过调节照明光源的发光亮度来模拟。

优选地，光轴测量系统2设置在调节机构3上；

调节机构3包括相连的水平位置调整、竖直位置调整、方位角度调整、俯仰角 度调整；

调节机构3能够调整光轴测量系统2的光轴与成像相机7的光轴一致，使使光 轴测量系统2的平行光管的出瞳与成像相机7的入瞳重合。

优选地，光电自准直仪5模拟星敏感器，以与陀螺组合9配合进行姿态确定， 为三轴气浮台1姿态闭环控制提供姿态信息。

根据本发明提供的一种卫星图像导航与配准全物理试验测试方法，包括：扫描 机构前馈力矩补偿试验测试步骤；