[发明专利]一种空间光学遥感器坐标系变换矩阵的标定方法

说明书

本发明涉及一种空间光学遥感器坐标系变换矩阵的标定方法，包括步骤：在每个需要标定坐标系的子载荷上固定一个精测棱镜；每一个精测棱镜由两台光电经纬仪进行测量标定，得到每一个精测棱镜坐标系与参与其测量标定的任意一台光电经纬仪坐标系之间的第一过渡矩阵；两个不同的精测棱镜各自对应的任意一台光电经纬仪进行互瞄测量，得到互瞄测量的两台光电经纬仪坐标系之间的第二过渡矩阵；将第一过渡矩阵和第二过渡矩阵进行矩阵乘法计算，得到相应的精测棱镜坐标系之间的变换矩阵。本发明以经纬仪测量得到的数据为源输入，没有任何中间计算过程的简化和近似省略，从而保证最终计算结果相比于其它方法，具有更高的准确性与有效性。

技术领域

本发明涉及空间光学遥感器技术领域，特别是涉及一种空间光学遥感器坐标系变换矩阵的标定方法。

背景技术

天基目标探测光学遥感器上通常搭载多台光学有效载荷，分别用于实现太阳光谱监测、太阳光子通量监测以及对于目标进行大范围搜索等诸多功能。上述光学载荷在完成设计、加工、组件装配等多个环节后，需要经历精密、严格的整机装调过程，保证各个光学载荷的光轴夹角在指标要求范围以内。这个过程需要对各个光学载荷建立相应的局部坐标系，并标定出坐标系间的变换矩阵。为了将坐标系引出以便于采用光学设备进行标定，在空间光学载荷上普遍采用在子组件载荷上粘接立方镜的方式。首先标定子载荷坐标系和立方镜坐标系，使二者基本重合，进而采用立方镜坐标系代替子载荷坐标系，参与后续与主光轴的标定工作。上述标定过程中的测量工作是由光电经纬仪来完成。

标定过程中使用的立方镜，是光学装调工作中普遍使用的测量辅助器件，通常采用光学玻璃或铍铝材料经过光学/机械精密加工后形成的六面体结构。六面体边长根据使用工况的不同而采用不同的长度，通常为20-25mm。每两个相邻面的垂直度通常为5角秒-10角秒，除安装的底面外，其余五个面镀银膜，镀膜后各面面形通常为0.2个波长(波长为632.8nm)。由于立方镜各面垂直度较好，因此可作为空间直角坐标系的自然引出，坐标系原点位于立方镜的几何中心，坐标轴为各面的法线，规定指向立方镜外侧为坐标轴正方向。

标定过程中使用的经纬仪，是具有两个转动自由度、带有光学镜头的光学装调设备。两个转动自由度分别为绕竖直轴的方位转动和水平轴的俯仰转动，经纬仪的测量功能可以实时的将方位、俯仰角度值显示在液晶屏上。经纬仪的光学镜头可以实现望远和准直两个功能，在与立方镜配合进行光学装调时，采用准直功能，即经纬仪内部的十字丝被光源照亮后发出平行光，经立方镜反射再聚焦至经纬仪的焦面，从而形成经纬仪的测量光路。常用的经纬仪型号为徕卡的TM5100和TM6100。

在当前空间光学遥感器坐标系标定工作中，主要有两大类标定方法。第一类是采用既有的计算机软件进行标定，首先通过经纬仪测量出各个棱镜间的相对位置关系；然后将上述测量结果输入至软件界面中，即可得出标定结果，即坐标系间的变换矩阵关系。该类方法的问题在于软件的处理过程对于使用者为黑盒，无法知道其具体的计算过程，如果软件处理过程中存在部分数据的省略及计算过程的化简，会导致使用者得到的基于软件计算结果的二次数据处理结果是不准确的，这对于空间光学载荷来说是绝对不允许的。第二类方法的第一步也是通过经纬仪测量出各个棱镜间的相对位置关系，但测量的数据量有所简化，即在测量过程中进行简化，因而导致最终的标定结果与绝对真值存在较大误差，进而导致由该标定结果反推的其它数据结果也是不准确的，这也是航天领域所不允许的。

发明内容

基于上述分析与讨论，本发明的目的是为了满足空间光学遥感器中对于坐标系变换矩阵标定的应用需求，针对现有技术的不足，提供一种由精测棱镜与光电经纬仪配合使用的空间光学遥感器坐标系变换矩阵的标定方法。

为实现上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种空间光学遥感器坐标系变换矩阵的标定方法，包括以下步骤：

步骤一：在每个需要标定坐标系的子载荷上固定一个精测棱镜；