[发明专利]一种基于二维指向角的星对星观测像点定位误差补偿方法

说明书

本发明公开了一种基于二维指向角的星对星观测像点定位误差补偿方法，首先，对低轨卫星成像数据进行时间序列叠加后来提出基于像方一致性的虚拟控制点定标方法；其次，建立二维指向角模型来构建高轨卫星像点定位的内外参数误差补偿模型；采取分步补偿误差策略，迭代解算出误差方程内外参数值，对低轨卫星的像点进行定位误差补偿。本发明建立了二维指向角模型的高轨卫星对低轨卫星观测像点的定位误差补偿方法，验证了内外参数补偿模型的有效性和正确性，避免因内外参数的强相关性问而导致解算方程病态问题，解决卫星成像过程中由于各种误差而导致的卫星像点定位误差，实现高轨卫星对低轨卫星观测后的轨迹构建。

技术领域

本发明属于摄影测量技术领域以及卫星定位应用领域，具体涉及一种基于二维指向角的星对星观测像点定位误差补偿方法。

背景技术

随着科学技术发展，人们意识到空间资源的重要性，因此进行空间探测被世界各大航天大国所重视，尤其是卫星遥感立体测绘发展过程中意义重大，它为高精度实现高轨卫星对低轨卫星的像点提取提供支撑，它是高轨卫星面向低轨卫星观测获得几何定位必不可少的组成部分，它能够及时对高轨卫星获得的影像定位进行有效精度评估，因此，探究基于高轨卫星运动补偿是实现对低轨卫星像点定位补偿的有效途径。

卫星观测系统是在拍摄图像上获得低轨卫星的运动轨迹以及估计运动参数的。但由于高轨同步卫星自身几何成像特点以及卫星运行环境复杂等情况，对成像数据几何处理特点中模型选择以及选择后解算方案仍需要进一步探究。

本发明通过结合高轨同步卫星的面阵相机几何成像特点以及低轨卫星的参数估计技术需求，从面阵相机严格几何成像模型和像点定位误差来源分析，提出了基于二维指向角模型的高轨卫星对低轨卫星像点定位误差补偿方法，涉及严格成像几何模型，通过对定标参数的合理取舍，构建基于二维探元指向角的内外参数补偿模型，解决低轨卫星像点定位误差高耦合性的问题。

发明内容

发明目的：为了解决关于卫星像点定位精度技术存在的问题，本发明提供了一种基于二维指向角的星对星观测像点定位误差补偿方法，可解决被观测卫星像点定位误差高耦合性的问题。

技术方案：本发明所述的一种基于二维指向角的星对星观测像点定位误差补偿方法，具体包括以下步骤：

(1)对被观测的低轨卫星成像数据进行时间序列叠加，结合高轨卫星轨道运动参数与低轨卫星观测数据建立联系后对像方一致性的虚拟控制点进行定标；

(2)针对内外方位元素之间的强相关性，建立二维指向角模型，利用模型的正交性避免各个误差项强相关性所导致的误差参数解算问题；

(3)对于内方位元素引起的像点定位误差，利用二维指向角模型模拟高轨观测卫星上相机的内部几何畸变情况，构建内参数补偿模型，计算出内定标参数；对于外方位元素引起的像点定位误差，利用温度变化所引起的相对安装角变化，进行外参数的补偿，构建外参数补偿模型，计算出外定标参数；

(4)确定对低轨卫星像点定位误差补偿的流程，对比验证不同补偿流程的不同补偿精度得到最优补偿结果。

进一步地，所述步骤(2)实现过程如下：

二维指向角模型是以相机焦平面上的各探元焦距为基准，建立归一化函数：

采用探元的行列号的二元三次多项式来描述观测卫星相机内部的各感光探元在相机坐标系下的二维指向角，作为低轨卫星的目标像点定位误差内外参数补偿的基础模型：

其中，(x,y)为低轨卫星像点对应的探元坐标，xb₀～xb₉,yb₀～yb₉为内补偿参数，ψ_x(x,y),ψ_y(x,y)为高轨卫星上相机坐标系下的x方向与y方向的视线指向。