[发明专利]通过观星进行在轨几何标定的成像方法及成像系统

说明书

通过观星进行在轨几何标定的成像方法及成像系统,涉及卫星观测技术中在轨几何标定的成像系统，解决现有如何将空间光学成像和电子技术结合起来，保证在轨进行高精度成像系统的内方位元素标定的问题，包括卫星平台、星敏感器、线阵相机和陀螺仪；星敏感器、线阵相机和陀螺仪均安装在卫星平台上，星敏感器测量卫星的在轨姿态，陀螺仪输出卫星的角速度。成像方法采用星敏+陀螺的组合观星模式，根据线阵相机的成像参数和预观测的星等，设置合适的积分时间；根据设置的积分时间和容许的像移量，设置卫星的匀速摆动速度；根据卫星的颤振特性选择合适的陀螺仪，与星敏感器进行联合扩展卡尔曼滤波，精确获取线阵行间的姿态变化量，提高测量的几何强度。

技术领域

本发明涉及卫星观测技术中在轨几何标定的成像系统，具体涉及一种通过观星进行在轨几何标定方法及成像系统。

背景技术

现今的在轨标定多数基于检定场的控制点真坐标进行标定，受卫星的轨道回归周期、天气等多种因素影响，标定效率偏低，费时费力。天空中的星点间相对角距不变，是天然的几何标定源。若使用面阵探测器观星进行标定，相对容易实现，几何强度高；而对地观测应用的多数探测器为线阵探测器，需要通过多次摆动成像来合成一幅观星图像，几何强度低。

如何将空间光学成像和电子技术结合起来，保证在轨进行高精度成像系统的内方位元素标定是本发明所要解决的技术问题。

发明内容

本发明为解决现有如何将空间光学成像和电子技术结合起来，保证在轨进行高精度成像系统的内方位元素标定的问题，提供一种通过观星进行在轨几何标定的成像方法及成像系统。

通过观星进行在轨几何标定的成像方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、根据线阵相机的成像参数和预观测的星等，设置探测器的积分时间，具体为：

步骤一一、设定线阵相机光学系统的焦比F和探测器的像元尺寸a的约束关系为：

2.44λF＞a

式中，λ为平均光波长；

步骤一二、设定M_V星等的光在探测器积分时间t_int内在单个像素上产生的星光电荷数小于探测器满阱电荷数，信噪比大于等于2，用公式表示为：

式中，s_FWC为探测器满阱的电子数，Q_dark为暗电流产生的暗电荷，I_dark为探测器的暗电流，Q_s为星光电荷数；

步骤二、根据设置的探测器的积分时间和容许的像移量，确定卫星的匀速摆动速度；用下式表示为：

f×2tg(w×t_int/2)≤κa

式中，f为光学系统的焦距，w为卫星匀速摆动的角速度，t_int为积分时间，a为探测器的像元尺寸，κ为容许的像移量系数；

步骤三、确定陀螺仪参数，所述陀螺仪与星敏感器进行联合扩展卡尔曼滤波，获取线阵相机的姿态变化量，所述陀螺仪输出卫星的角速度；

根据卫星的颤振特性选择陀螺仪，要求陀螺仪的输出频率f_tuoluo大于卫星的颤振频率f_{star_zc}，陀螺仪的精度δ_tuoluo小于或等于0.1像素；用下式表示为：

f_tuoluo≥f_{star_zc}

通过观星进行在轨几何标定系统，包括卫星平台、星敏感器、线阵相机和陀螺仪；所述星敏感器、线阵相机和陀螺仪均安装在卫星平台上，星敏感器测量卫星的在轨姿态，所述陀螺仪输出卫星的角速度。