[发明专利]一种恒星观测模式下姿态低频误差修正方法

说明书

本发明提供一种恒星观测模式下的姿态低频误差修正方法。此发明首先将恒星作为控制点，在一个轨道周期内从不同纬度对恒星进行观测。通过姿态测量信息提取恒星信息，获取相机在惯性空间下的指向。然后结合星敏感器的光轴指向值，计算相机与两个星敏感器光轴的夹角变化。最后，通过多项式模型拟合此夹角变化，并利用相机光轴指向补偿算法，实现相机光轴指向的修正，进而修正相机轨道周期的低频姿态误差。本发明可在不具备全球控制点的条件和对地拍摄低频模型构建不精准的情况下，实现姿态低频误差的建模和补偿。

技术领域

本发明属于航天摄影测量光学遥感影像几何定位领域，涉及一种姿态低频误差修正方法。

背景技术

近年来，高分辨率光学遥感影像被广泛应用于各行各业，高精度几何处理是保证遥感影像产品应用效果的重要前提。由于卫星轨道位置较高，姿态微小的测量误差，将给影像几何定位带来较大误差。星敏感器是姿态测量的主要载荷，卫星在轨周期运动时，受到冷热不同的空间环境影响，相机-星敏感器光轴之间的夹角会产生变化，从而降低相机的姿态测量精度，进而影响遥感影像的几何定位精度。因此，准确的恢复相机和星敏感器之间的安装关系，是光学遥感卫星几何定位精度的关键因素。

目前，传统卫星姿态低频测量误差采用星敏感器在轨修正，该方法主要是利用多个星敏感器的观测值进行相互校正，实现星敏感器之间安装关系的准确建模。然而该方法仅实现了星敏感器姿态测量系统内部低频误差的消除，无法获取星敏感器和相机之间存在的低频姿态误差，对光学卫星几何定位精度的提升有限。部分学者采用地面控制点的方式，构建相机-星敏感器的全球低频误差变化模型。然而该方法需要在全球不同区域拍摄定标场，这种方式需要花费大量的人力和物力成本。并且由于光学卫星对地拍摄受天气影响大，陆地控制点分布不均等原因，通常卫星难以在短时间内完成一系列定标场的拍摄，其模型的构建精度也难以保证。仅国外ALOS和SPOT系列等卫星，因具有全球控制点的分布条件，尝试了通过该方法完成了相机和星敏感器之间的姿态低频误差的修正。

总的来说，现有姿态低频误差修正方法存在以下不足：

获取的仅是多颗星敏感器之间的夹角变化，无法准确恢复光学成像相机和姿态测量设备星敏感器之间的夹角变化；

采用全球地面控制点的方式成本高、时效低、精度差，无法在现有条件下实施。

发明内容

本发明针对上述传统姿态低频修正方法的问题，提供了一种恒星观测模式下的姿态低频误差修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，不同轨道位置的恒星观测；

步骤2，恒星物方、像方坐标精确提取；

步骤3，相机-星敏感器夹角变化模型构建；

步骤4，相机-星敏感器低频姿态误差修正。

在以上技术方案的基础上，优选的步骤1的实现方式为：

步骤1.1，合理规划卫星恒星观测的拍摄位置和角度，相机和至少两个星敏感器的视场方向规避太阳、地球和月球。

步骤1.2，针对具有轨道周期低频姿态误差的卫星，根据卫星机动能力，通过间隔一定纬度对恒星进行观测拍摄，获取所有的恒星观测影像和几何参数。

在以上技术方案的基础上，优选的步骤2为恒星物方/像方坐标精确提取。具体包括以下步骤：

步骤2.1，根据理想的小孔成像模型，结合观测星向量和星表向量一一对应关系，构建恒星几何成像模型：