[发明专利]一种基于恒星轨迹的遥感相机在轨几何定标方法

说明书

本发明公开了一种基于恒星轨迹的遥感相机在轨几何定标方法，该方法步骤为：(1)获取星图；(2)采用质心提取算法获取高精度恒星位置；(3)对恒星位置进行曲线拟合并剔除异常点，获取恒星轨迹；(4)基于共线方程和广义指向角模型建立相机严格成像几何定位模型；(5)根据恒星赤经赤纬及星历数据计算不同时刻恒星轨迹点的物方矢量；(6)基于空间后方交会，最小二乘方法解算内外定标参数，实现高精度几何标定。本发明可在视场内恒星数量较少时利用恒星划过像面的轨迹实现遥感相机在轨几何定标，有效避免了因云雾遮挡导致地面控制点获取困难从而影响几何定位精度的问题，本发明计算量小，精度高，且具较强的鲁棒性。

技术领域

本发明主要涉及到遥感卫星几何定位技术领域，尤其涉及一种地球静止轨道遥感相机在轨几何定标方法。

背景技术

遥感相机通常在发射前会进行地面标定，包括相机的内部畸变标定以及相机相对于姿控系统的安装关系标定。但由于相机结构复杂，光学零件尺寸较大，发射过程中承受的加速度和冲击振动、在轨运行时周围环境的变化及来自太阳的热辐射会使各参数或模型偏离地面的标定值，这将给高精度的目标定位带来影响，因此需要重新对星载相机进行在轨标定。

当前遥感相机通常基于地面控制点或恒星观测进行在轨几何定标。遥感相机基于地面控制点进行几何定标时，一般利用几何定标场或DEM/DOM产品等获取地面控制点，对控制点提取精度要求高，计算复杂，且相机对地成像时常常受云雾等因素影响，而遥感相机基于恒星观测进行几何定标时，往往需要相机视场内观测到较多数量恒星，因而当相机仅观测到少量恒星时定标方法受限。本发明利用恒星划过像面的轨迹，可在视场内恒星数量较少的情况下实现遥感相机在轨几何定标，不受云雾等天气影响，本发明计算量小，精度高，且具有较强的鲁棒性。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，利用高精度恒星轨迹，提供一种基于恒星轨迹的遥感相机在轨几何定标方法，解决遥感卫星在轨几何定位的精度问题。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案实现的：

1.一种基于恒星轨迹的遥感相机在轨几何定标方法，包括以下步骤：

1)通过相机持续观测恒星获取星图；

2)利用高斯曲面拟合法对恒星目标进行亚像元质心提取，获取恒星在像面上的亚像元位置，具体步骤为：

2-1)采用高斯函数模型拟合像面上恒星能量分布，f(x,y)为星图在位置(x,y)处的灰度值，(x₀,y₀)为恒星能量中心，则其在像面的能量分布表示为：

其中，A为恒星质心位置的灰度值，σ为高斯函数均方差，(x₀,y₀)为恒星质心位置；

2-2)以恒星能量分布区域为中心取3×3邻域的像素位置及其响应值，基于最小二乘法求解A、σ和(x₀,y₀)，实现恒星质心位置的亚像元提取；

3)对所得恒星位置进行曲线拟合，并剔除异常点，获取恒星轨迹，具体步骤为：

3-1)采用三次多项式对恒星位置进行曲线拟合；

3-2)计算各质心点在行列方向与拟合轨迹之间的偏移量，满足：偏移量Th时，判定其为异常点并剔除，实现高精度恒星轨迹获取，其中Th为阈值，取1像元；

4)基于共线方程和广义指向角模型，建立相机严格几何定位模型，首先，基于共线方程建立严格成像几何模型为：

其中，(x,y)为像元位置；