专利名称：一种遥感卫星多星联合逆向定轨定姿方法
技术领域：
本发明涉及一种定轨定姿方法，尤其是涉及一种遥感卫星多星联合逆向定轨定姿方法。
背景技术：
中低轨卫星是高精度对地观测系统中最为重要的平台系统，广泛应用于导航定位、资源遥感、大气探测、海洋、重力场、军事等重要领域。例如SPOT 5、IRS-P5、IK0N0S、 QuickBird, GeoEye, WorldView、CBERS-02B、TH-I 等遥感卫星，TOPEX 和 Jason-I 等海洋测高卫星，ICESAT等激光测高卫星，CHAMP和GRACE等重力卫星等。中低轨卫星的高精度定轨和定姿技术是高水平卫星应用的必要前提，卫星的轨道和姿态测定精度将直接影响对地观测卫星的应用水平，因此中低轨对地观测卫星的精密定轨和定姿理论与方法一直是地学界的研究热点之一。现有技术体系下，遥感卫星的轨道主要通过星载GNSS确定，姿态主要通过星敏感器对恒星摄影确定，然后再进行地相机所拍摄影像的对地定位，即采用由卫星到地面的技术路线，可以称之为正向定轨定姿。我国的遥感卫星均以星载GNSS和恒星敏感器为定轨定姿的主要手段，但是定轨定姿精度严重受制于星载GNSS接收机、恒星敏感器及卫星控制器件等硬件的技术水平，已成为制约遥感卫星应用及服务水平大幅提升的重要因素。对于目前已有的或者短期内硬件水平无法获得实质性突破的遥感卫星(例如资源一号02B/02C，TH 一号，资源三号及高分重大专项中的相关遥感卫星等)，仅采用星载GNSS和恒星敏感器的定轨定姿结果完全无法满足高精度遥感应用的需求，因此迫切需要寻求定轨定姿模式与方法的新突破。而国产遥感卫星的多星联合逆向定轨定姿方法可以大幅提高国产遥感卫星的定位精度，能够满足高精度遥感应用的需求。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的上述技术问题；提供了一种联合多颗国产遥感卫星数据，利用少量地面控制信息，进行逆向定轨定姿处理，通过多源数据的联合区域网平差提高平差结果的稳定性和可靠性，反推各星的高精度轨道和姿态数据，并最终提高国产遥感卫星的对地定位精度，使得国产遥感卫星数据的广泛使用成为可能的一种遥感卫星多星联合逆向定轨定姿方法。本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的
一种遥感卫星多星联合逆向定轨定姿方法，基于系统误差补偿模型和定向片模型，其特征在于，包括以下步骤
步骤1，导入多源控制信息、连接点、加密点数据以及各遥感卫星的轨道和姿态数据； 步骤2，构建系统误差补偿模型误差方程，逐个像点、逐组姿轨数据进行法化和改化处理，生成改化法方程；并将生成的改化法方程进行误迭代求解，最终得到各未知数的改正数；CN 102322863 A
说明书
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步骤3，设置第一未知数改正数阈值以及第一迭代次数阈值，根据未知数改正数判定选择执行
若未知数改正数最大值小于未知数改正数阈值或者迭代次数超过迭代次数阈值的任意一个判定条件，则执行步骤4 ；否则，返回执行步骤2 ；
步骤4，输出补偿后的系统误差常数项的轨道和姿态数据；即将补偿了系统误差常数项的轨道和姿态数据以文件的形式输出，其格式与输入的轨道和姿态数据一致，以方便系统直接读取该数据；
步骤5，根据系统误差补偿模型修正后的轨道和姿态数据，构建定向片模型误差方程， 逐个像点、逐组姿轨数据进行法化和改化处理，生成修正后的改化法方程；并解求改化后的定向片模型法方程，得到各未知数的改正数；
步骤6，设置第二未知数改正数阈值以及第二迭代次数阈值，根据未知数改正数判定选择执行
若未知数改正数最大值小于第二未知数改正数阈值或者迭代次数超过第二迭代次数阈值的任意一个判定条件，则执行步骤5 ；否则，返回执行步骤7 ；
步骤7，输出通过联合逆向定轨定姿所确定的各遥感卫星精确轨道姿态数据以及精度指标。 在上述的一种遥感卫星多星联合逆向定轨定姿方法，所述的系统误差补偿模型基于下述公式
权利要求
1.一种遥感卫星多星联合逆向定轨定姿方法，基于系统误差补偿模型和定向片模型， 其特征在于，包括以下步骤步骤1，导入多源控制信息、连接点、加密点数据以及各遥感卫星的轨道和姿态数据；步骤2，构建系统误差补偿模型误差方程，逐个像点、逐组姿轨数据进行法化和改化处理，生成改化法方程；并将生成的改化法方程进行迭代求解，最终得到各未知数的改正数；步骤3，设置第一未知数改正数阈值以及第一迭代次数阈值，根据未知数改正数判定选择执行若未知数改正数最大值小于未知数改正数阈值或者迭代次数超过迭代次数阈值的任意一个判定条件，则执行步骤4 ；否则，返回执行步骤2 ；步骤4，输出补偿后的系统误差常数项的轨道和姿态数据；S卩将补偿了系统误差常数项的轨道和姿态数据以文件的形式输出，其格式与输入的轨道和姿态数据一致，以方便系统直接读取该数据；步骤5，根据系统误差补偿模型修正后的轨道和姿态数据，构建定向片模型误差方程， 逐个像点、逐组姿轨数据进行法化和改化处理，生成修正后的改化法方程；并解求改化后的定向片模型法方程，得到各未知数的改正数；步骤6，设置第二未知数改正数阈值以及第二迭代次数阈值，根据未知数改正数判定选择执行若未知数改正数最大值小于第二未知数改正数阈值或者迭代次数超过第二迭代次数阈值的任意一个判定条件，则执行步骤5 ；否则，返回执行步骤7 ；步骤7，输出通过联合逆向定轨定姿所确定的各遥感卫星精确轨道姿态数据以及精度指标。
2.根据权利要求1所述的一种遥感卫星多星联合逆向定轨定姿方法，其特征在于，所述的系统误差补偿模型基于下述公式
3.根据权利要求1所述的一种遥感卫星多星联合逆向定轨定姿方法，其特征在于，所述的步骤1具体操作方法如下采用工程管理办法，组织各数据文件，生成一个工程文件， 导入工程文件后，读取工程文件即可获取数据信息，从而进一步读取所需数据。
4.根据权利要求1所述的一种遥感卫星多星联合逆向定轨定姿方法，其特征在于，所述步骤2的具体操作方法如下利用矩阵运算，逐个像点，逐组姿轨数据计算出该像点或者该姿轨数据对应的局部法方程以及该局部法方程在最终改化后的法方程中的位置，然后将这些局部法方程填充到最终的改化后法方程中，所有像点以及姿轨数据处理完毕后即得到完整的改化后的法方程；然后利用最小二乘原则解求改化后的系统误差补偿模型法方程， 得到各未知数的改正数，具体实现方法是根据最小二乘原则，法方程逆矩阵与常数项向量点乘即可得到未知数的改正数向量，如下式
5.根据权利要求1所述的一种遥感卫星多星联合逆向定轨定姿方法，其特征在于，所述步骤5的具体操作方法如下根据系统误差补偿模型修正后的轨道和姿态数据，构建定向片模型误差方程，逐个像点、逐组姿轨数据进行法化和改化处理，生成改化法方程；具体实现方法如步骤2，但是由于数学模型不同，误差方程以及法方程的计算公式也有所不同， 该计算公式由定向片模型推导如下；然后利用最小二乘原则解求改化后的定向片模型法方程，得到各未知数的改正数，如下式其中，^r为定向片外方位元素改正数矩阵，#为对应的法方程系数矩阵逆矩阵，L 为对应法方程常数项矩阵。
6.根据权利要求1所述的一种遥感卫星多星联合逆向定轨定姿方法，其特征在于，所述的步骤7具体方法是将最终的各遥感卫星精确轨道和姿态数据写入文件输出，并计算平差的各项精度指标，所述精度指标包括单位权中误差，各像点残差，控制点残差，以及检查点残差；单位权中误差由下式计算
全文摘要
一种遥感卫星多星联合逆向定轨定姿方法，利用地面控制信息，进行逆向的定轨定姿，以获取更高精度的国产遥感卫星轨道和姿态数据的一种方法。该方法假定多星逆向定轨定姿所需控制信息、连接点，加密点等均已获取，且已经转化为多星逆向定轨定姿系统认可的格式。首先采用系统误差补偿模型，补偿整个轨道的常数项偏移误差，即每个外方位元素都有一个系统误差补偿参数。这样可以消除整体的轨道偏移误差，然后再采用定向片模型消除轨道之间以及轨道内部的误差。本发明的优点是能够充分发挥已有地理信息的作用，进行多颗国产遥感卫星数据的联合逆向定轨定姿，显著提高国产遥感卫星的对地定位精度。
文档编号G01C21/24GK102322863SQ20111021040
公开日2012年1月18日 申请日期2011年7月26日 优先权日2011年7月26日
发明者张永军, 张祖勋, 熊金鑫, 郑茂腾, 黄旭 申请人:武汉大学