[发明专利]基于星空的遥感卫星相机视轴与星敏光轴夹角在轨标定方法

说明书

本发明涉及基于星空的遥感卫星相机视轴与星敏光轴夹角在轨标定方法：S1、卫星进行姿态机动，使相机与星敏的视场同时指向星空；S2、采用相机与星敏同时对星空进行连续拍摄成像，获取星空影像；S3、对相机和星敏感器对星空拍摄的星空影像进行恒星星点坐标提取、星图识别以及姿态计算，得到相机姿态四元数Q_Cam和星敏姿态四元数Q_STS；S4、用相机姿态四元数Q_Cam表示相机的姿态矩阵，用星敏姿态四元数Q_Cam表示星敏的姿态矩阵；S5、根据相机的姿态矩阵和星敏的姿态矩阵，计算相机视轴和星敏光轴的夹角。本发明实现了对在轨相机与星敏视轴间夹角的定量化测量，有助于提高卫星图像定位精度。

技术领域

本发明涉及一种遥感卫星基于星空的相机与星敏视轴夹角在轨标定方法，属于遥感卫星在轨标定领域。

背景技术

图像定位精度是遥感卫星一项重要的星地一体化指标，影响定位精度的主要因素包括定轨精度、姿态测量精度、各系统间时间统一误差和地面处理误差等，其中对定位精度影响最大的姿态测量误差，因此星敏姿态测量精度、星敏与星相机间的夹角稳定性是卫星提高定位精度的设计重点。由于卫星发射过程的振动和温度变化等影响，会使相机与星敏之间的夹角发生变化，使之与地面测试结果差别较大，需要通过在轨标定，消除系统误差。

目前遥感卫星在轨定标方法主要采用相机拍摄地面已知地理信息的定标场，通过地面控制点与卫星影像匹配等处理从而解算出系统误差。但是此方法需地面定标场配合或具有高精度定标场数字底图，且无法剥离定轨、姿态测量等误差，只能将所有误差耦合在一起算出整体影响，也无法分析出在轨相机与星敏间夹角的绝对数值，因此对卫星设计的相机与星敏夹角稳定性目前无法在轨有效验证。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，基于对星空成像，提出一种遥感卫星光学相机与星敏间的夹角标定方法，实现在轨对相机和星敏间夹角的准确测量，一方面可分析在轨相机与星敏间夹角的变化情况，一方面可提高卫星图像定位精度。

本发明解决技术问题的方案是：基于星空的遥感卫星相机视轴与星敏光轴夹角在轨标定方法，该方法包括如下步骤：

S1、卫星进行姿态机动，使相机与星敏的视场同时指向星空；

S2、采用相机与星敏同时对星空进行连续拍摄成像，获取星空影像；

S3、对相机和星敏感器对星空拍摄的星空影像进行恒星星点坐标提取、星图识别以及姿态计算，得到相机姿态四元数Q_Cam和星敏姿态四元数Q_STS；

S4、用相机姿态四元数Q_Cam表示相机的姿态矩阵，用星敏姿态四元数Q_Cam表示星敏的姿态矩阵；

S5、根据相机的姿态矩阵和星敏的姿态矩阵，计算相机视轴和星敏光轴的夹角。

优选地，所述步骤S2卫星采用星空凝视成像或者以一定速度推扫成像的方式对星空进行连续拍摄成像。

优选地，当相机为积分线阵推扫成像相机时，相机积分时间通过如下方法确定：

S2.1a、根据相机最小信噪比SNRmin、相机噪声Vnoise，计算得到相机最小信号强度Vsignal；

S2.2a、选定对星空成像的星等m，得到对应星等的辐照度Em，根据对星空成像的星等所对应的辐照度E_m，单位lx，

E_m＝2.65×10^-6×2.512^m

S2.3a、按照星点在相机焦面上的像需大于最小像元尺寸的原则确定星空成像的入瞳辐亮度Le的计算公式：