[发明专利]一种基于天文技术的空间指向测量仪器标定方法

说明书

本发明公开了一种基于天文技术的空间指向测量仪器标定方法，属于空间指向测量仪器标定技术领域。本方法利用地球表面陆标特征实现空间指向测量仪器的在轨标定，首先从拍摄的地球光学影像中提取识别若干陆标特征点，计算陆标的图像坐标；其次将陆标特征点图像坐标进行径向畸变、偏心畸变和像平面畸变校正，计算陆标特征点在仪器测量本体系下观测矢量；然后，计算地球陆标库中匹配得到的陆标矢量，将其与观测矢量一一对应，利用最小二乘方法对敏感器的焦距、主点、径向畸变、偏心畸变进行修正。

技术领域

本发明涉及一种基于天文技术的空间指向测量仪器标定方法，属于空间指向测量仪器标定技术领域。

背景技术

空间指向测量敏感器用于引导空间飞行器上的光学相机、激光武器等载荷瞄准目标，在低轨超高比例尺军用测绘卫星、高轨遥感卫星、天基攻防卫星等领域需求迫切。通常该产品在卫星发射前已进行过地面检校，然而，发射过程中的剧烈振动以及在轨运行环境的变化都将导致产品地面标定参数发生变化，从而影响最终的指向测量精度。

现有技术中，常规方法多采用恒星作为观测目标，利用星角距约束对空间指向测量敏感器在轨工作时的标定参数进行标定。但该方法能够获取的恒星观测数量有限，不能满足全视场范围仪器参数标定的需求；另一方面，常规方法往往只考虑标定空间指向测量敏感器的焦距和主点，而不对影响指向测量精度的畸变系数进行修正；有的方法虽然考虑了镜头畸变，但将焦距、主点修正与畸变修正分开进行，且畸变修正采用一般多项式拟合，而不考虑镜头畸变的实际规律，因此在轨标定精度难以保证，直接影响空间指向测量敏感器的测量精度。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术中的缺陷，提出一种基于天文技术的空间指向测量敏感器标定方法，利用地球表面的陆标特征，对空间指向测量仪器的焦距、主点、径向畸变、偏心畸变、像平面畸变等参数进行标定，适用于实际工程应用。

本发明的技术解决方案是：

一种基于天文技术的空间指向测量仪器标定方法，包括如下步骤：

步骤(一)，进行地球表面光学影像采集，具体方法为：在设定轨道高度H 上，将空间指向测量仪器对准地球，使得地球成像尽可能覆盖仪器视场范围；设置积分时间，使得地球表面纹理能够清晰成像；

步骤(二)，进行陆标特征点提取，具体方法为：从光学影像上选取N个陆标，提取特征的图像坐标为(u_p,i，v_p,i)，其中，p＝1,2，…N，表示第p个陆标；(u_p,i，v_p,i)表示第p个陆标第i个特征在图像上的像点坐标，u_p,i表示第 p个陆标第i个特征在图像行方向上的像点坐标，v_p,i表示第p个陆标第i个特征在图像列方向上的像点坐标，i＝1,2,……k表示描述该陆标的第i个特征点， k表示第p个陆标的特征点个数；

步骤(三)，进行陆标特征点匹配，具体方法为：将选取的陆标与地球陆标数据库进行匹配，从地球陆标数据库中识别选取的陆标特征点；

步骤(四)，计算陆标特征点观测矢量，具体方法为：对每个识别的陆标特征点，按照空间指向测量仪器测量模型计算描述陆标特征点的图像坐标对应的特征观测矢量表示第p个陆标的第i个特征点的观测矢量；

步骤(五)，计算陆标特征点约束矢量，具体方法为：对每个识别的陆标特征点，根据地球陆标特征数据库中陆标的赤经α_p,i、赤纬δ_p,i计算特征约束矢量V_p,i；α_p,i表示第p个陆标第i个特征点在陆标特征数据库中的赤经，表示第p个陆标第i个特征点在陆标特征数据库中的赤纬，V_p,i表示对第p个陆标第i个特征点计算的特征约束矢量；