[发明专利]一种线阵红外地球敏感器的四通道姿态解算方法

摘要

本发明公开了一种线阵红外地球敏感器的四通道姿态解算方法，首先对相邻辐射数据进行判断，获得穿越位置的整数部分，进而计算其小数部分，然后通过单镜头线性扫描标定试验，线性拟合线性运动轨迹，将误差项正弦拟合以及二次拟合得到辐射量校正公式，进行各通道穿越位置的修正。继而通过获得轨道零位标定表，得到姿态角零位，在任意轨道、未知轨道应用相应模式解算姿态角。本发明提高了线阵红外地球敏感器的测量精度，降低测量偏差，并有效解决了线阵红外地球敏感器在轨应用于不同轨道、甚至未知轨道的姿态测量问题。

主权项

一种线阵红外地球敏感器的四通道姿态解算方法,其特征在于包括以下步骤：(1)、获得为线阵列探测器A通道从当前第i元到第i‑5元的辐射量数据灰度值，依次记为D6、D5、D4、D3、D2、D1，其中i是0‑N的整数，N为线阵红外地球敏感器所用线阵列探测器的元素，N为大于6的整数；当前5元不足，i＜5时，由上一周期最末像元依次补齐；(2)、根据步骤(1)获得的当前位置i，按以下公式计算相邻辐射量差值diff，除法运算分子da和整数部分z；当i＝0时，分别计算D4‑D3、D5‑D4、D6‑D5：当D4‑D3最大时，diff＝D4‑D3，da＝D1+D6‑2D3，z＝N‑4；当D5‑D4最大时，diff＝D5‑D4，da＝D2+D6‑2D4，z＝N‑3；当D6‑D5最大时，diff＝D6‑D5，da＝D2+D6‑2D4，z＝N‑2；当i＝1,2,3时，diff＝0，da＝0，z＝0；当i＝4时，diff＝D4‑D3，da＝D6‑D3，z＝0；当i＝5时，diff＝D4‑D3，da＝D2+D6‑2D3，z＝1；当4＜i＜N时，diff＝D4‑D3，da＝D1+D6‑2D3，z＝i‑4；(3)、根据步骤(2)的计算结果，判断相邻辐射量差值diff首次出现最大值的情况，使用该情况下的相邻辐射量差值diff、除法运算分子da和整数部分z的数据；(4)、根据步骤(3)的数据，按以下方法获得A通道穿越位置的整数部分Za：若步骤(2)计算所得的除法运算分子da大于2倍的相邻辐射量差值diff，则穿越位置的整数部分Za的值为z‑1，同时修正除法运算分子da为除法运算分子da与相邻辐射量差值diff的差；否则，穿越位置的整数部分Za的值即为z；(5)、根据步骤(3)和(4)的计算结果，计算A通道穿越位置的小数部分Xa：小数计算的分子为除法运算分子da，分母为2倍的相邻辐射量差值diff，均采用M位有效数字，M为不大于32的正整数，并将分子、分母等倍扩大，使得分母最高位为1；循环采用二分逼近的判断：如果分子值大于分母值的二分之一，则结果左移一位，舍最高位，并添最低位为1；否则，则结果左移一位，舍最高位，并添最低位为0；如此循环Y次进行二分逼近判断的方法，计算可得具有Y位有效数字的小数部分Xa，其中Y为不大于16的正整数；(6)、针对四通道，进行单镜头线性扫描试验，获得各通道穿越位置的线性变化曲线图；(7)、将步骤(6)中的曲线进行线性拟合，A通道姿态线性校准参数Ka的值即为其线性函数斜率均值的倒数；同时获得拟合值与实际值的差指，再作差值与实际值的变化曲线；(8)、将步骤(7)中的曲线进行正弦函数拟合，拟合后再进行二次拟合修正；(9)、由步骤(8)得到拟合函数fA(x)＝a1ax2+a2ax+a3a+b1a*sin(2π(x‑b2a))，a1a、a2a、a3a分别为二次拟合的二次项系数、一次项系数和常数项系数，b1a、b2a分别为正弦函数拟合的幅度系数、相位系数，即为A通道辐射量校正公式；(10)、由步骤(4)获得的整数部分满足大于1且小于(N‑2)时，代入由步骤(9)获得辐射量校正公式，按公式计算，得到A通道穿越位置A’；(11)、按步骤(1)‑(10)，依次获得B通道穿越位置B’、C通道穿越位置C’、D通道穿越位置D’；(12)、将线阵红外地球敏感器置于地球模拟系统中，设置地球模拟系统在线阵红外地球敏感器的工作轨道高度H下保持俯仰角和滚动角均为0，由步骤(1)‑(11)获得的四通道穿越位置，依次对应即为各通道在当前轨道高度H下的穿越位置零位，依次对应记作A0、B0、C0、D0；(13)、按步骤(12)，线阵红外地球敏感器的工作轨道要求，设置不同轨道高度，形成轨道零位标定表，该表包括不同轨道高度下，A、B、C、D通道穿越位置零位的值；(14)、由步骤(13)，按公式dp＝‑A0+B0+C0‑D0计算不同轨道高度下的俯仰角零位偏差dp，取其均值即为未知轨道俯仰零位参数P0；(15)、由步骤(13)，按公式dr＝A0+B0‑C0‑D0计算不同轨道高度下的滚动角零位偏差dr，取其均值即为未知轨道俯仰零位参数R0；(16)、若未知轨道高度时，利用以下拓展4/4模式公式解算姿态：P=θ(Ka+Kb+Kc+Kd)82(A,-B,-C,+D,+P0),]]>R=θ(Ka+Kb+Kc+Kd)82(-A,-B,+C,+D,+R0),]]>其中P为卫星姿态俯仰角，R为卫星姿态滚动角，θ为每个像元的视场角，Kb为B通道姿态线性校准参数，Kc为C通道姿态线性校准参数，Kd为D通道姿态线性校准参数；(17)、在任意轨道高度下，根据公式，计算零姿态穿越位置的理论值L，其值为l，其中h为线阵红外地球敏感器工作的轨道高度，单位为km，θ为地球敏感器每个像元的视场角，H0为线阵红外地球敏感器设计的标称轨道高度，单位为km；(18)、根据步骤(13)获得的轨道零位标定表按以下方法进行，获得在理论值为l时，A、B、C、D通道穿越位置标定零位的值a0、b0、c0、d0；线阵红外地球敏感器的轨道零位标定表的内容为不同理论值L对应的A通道穿越位置标定零位A0、B通道穿越位置标定零位B0、C通道穿越位置标定零位C0和D通道穿越位置标定零位D0：若由步骤(17)获得的l在该表中可查，则直接从表中获得；若由步骤(17)获得的l在表中不可查，则选取不大于l的最小组数据，这组数据的理论值L和A、B、C、D通道穿越位置标定零位A0、B0、C0、D0的值分别记为l1、a1、b1、c1、d1，和不小于l的最大组数据，这组数据的理论值L和A、B、C、D通道穿越位置标定零位A0、B0、C0、D0的值分别记为l2、a2、b2、c2、d2；按以下公式，计算获得：a0=a2+l-l2l1-l2(a1-a2),b0=b2+l-l2l1-l2(b1-b2),]]>c0=c2+l-l2l1-l2(c1-c2),d0=d2+l-l2l1-l2(d1-d2);]]>(19)、利用以下标准4/4模式公式解算姿态：P=θ22[(A,-a0)Ka-(B,-b0)Kb-(C,-c0)Kc+(D,-d0)Kd]]]>R=θ22[-(A,-a0)Ka-(B,-b0)Kb+(C,-c0)Kc+(D,-d0)Kd].]]>