对地面点目标推扫成像任务参数的星载求解方法_2

文档序号:9394958阅读:来源:国知局
表示目标位置矢量惯性系分量,始表示目标位 置矢量变化率,《。表示地球自转角速率标量。
[0062] 优选地,所述步骤6包括:根据卫星和地面目标在瞬时惯性坐标系下的运动状态 表征参数、地面目标坐标随时间变化参数W及地面目标变化率随时间变化参数计算出地面 目标在卫星本体坐标系下的坐标和变化率随时间变化的表达式;计算公式如下: CN105115477A 说明书 5/12 页
[00财式中:嫁表示卫星到目标矢量在卫星本体系分量,X(t)表示X轴分量,Y(t)表示 Y轴分量,Z (t)表示Z轴分量;增康示卫星到目标矢量变化率在卫星本体系分量,X' (t)表 示X轴分量,Y' (t)表示Y轴分量,Z' (t)表示Z轴分量。
[0066] 优选地,所述步骤7包括:根据卫星本体坐标系下的坐标和变化率随时间变化参 数建立约束方程,并求解出成像任务参数;
[0067] 步骤7. 1:假设相机后视角为0 1,建立约束方程如下:
[006引步骤7. 2:将约束方程转换为F(t)=0的函数,函数表达式如下:
[0071]步骤7. 3:求解函数F(t)的零点;
[007引步骤7. 3. 1:对函数F(t)进行求导运算,得到如下的方程:
[0074]步骤7. 3. 2:利用牛顿迭代求解法计算时间变量t,计算公式如下:
[0076] 步骤7. 3. 3:令t。的初始值为0,则t秒之后能够得到C系下地面目标相对卫星位 置矢量1C;
[0077] 步骤7. 4 :求解卫星成像任务参数,包括:摆镜摆角鹏和相机成像时间Tshwt;
[007引若需要提前n秒成像,则相机成像时间为:
[007引 Tshwt= Tcps+t-n,
[0080] 相机光轴需绕滚动轴调整量为:
[0082] 若反映到摆镜摆角上,则摆镜摆角为: CN 1051巧477 A 饥M节 6/12页
[0084] 步骤7. 5:判断是否满足成像条件,若满足则进入步骤7. 6,若不满足则结束所述 对地面点目标推扫成像任务参数的星载求解方法流程,其中所述成像条件为:憐在摆角最 大摆动范围内,且t大于星上成像前的最小准备时间;
[0085] 步骤7. 6:星上准备好后,提前驱动相机的摆镜,并在Tshwt时刻开始成像。
[0086] 与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
[0087] 1、本发明提供的方法是一种星载解决方法,在获取地面目标后,在轨自主解算成 像任务参数,使得成像更加精准。
[0088] 2、本发明提供的方法通过求解星上相机指向调整参数、成像开始时刻等任务执行 参数,可应对在轨实时获得地面目标坐标后的快速、自主成像任务。
【附图说明】
[0089] 通过阅读参照W下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显:
[0090] 图1为本发明提供的多目标连续成像原理示意图;
[0091] 图2为本发明提供的相机像平面坐标系与虚拟相机坐标系关系示意图;
[0092]图3为本发明提供的瞬时惯性坐标系、卫星轨道坐标系、卫星本体坐标系的矢量 关系不意图;
[0093]图4为本发明提供的含摆镜光学系统光路示意图;
[0094] 图5为本发明提供的镜面反射后的虚拟光轴示意图。
【具体实施方式】
[0095] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。W下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明,但不W任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术 人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可W做出若干变形和改进。运些都属于本发明 的保护范围。
[0096] 根据本发明提供的对地面点目标推扫成像任务参数的星载求解方法,包括如下步 骤:
[0097] 步骤1 :建立坐标系,所述坐标系包括瞬时惯性坐标系、卫星轨道坐标系、卫星本 体坐标系、虚拟相机坐标系、虚像平面坐标系,并定义卫星、地面目标、地屯、=者间的矢量;
[0098] 步骤2:利用建立的坐标系辅助建立包含摆镜的光学系统等效光路;
[0099] 步骤3 :获取卫星星下点太阳高度角,并判断满足成像的光照条件后,在包括卫星 位置、卫星速度、地面目标位置W及系统时间在内的WGS84坐标系下获取卫星和地面目标 的各项信息;
[0100] 步骤4:利用卫星星下点太阳高度角信息,WGS84坐标系下卫星和地面目标的各项 信息求解出卫星和地面目标在瞬时惯性坐标系下的运动状态表征参数,所述运动状态表征 参数包括:卫星位置、卫星速度、卫星轨道角动量、卫星的倾角、升交点赤经、轨道角速度、实 时轨道幅角、卫星轨道坐标系的转换矩阵及变化率w及卫星轨道坐标系到卫星本体坐标系 的转换矩阵;
[010。 步骤5 :根据卫星和地面目标在WGS84坐标系下的运动状态表征参数计算出地面 目标在瞬时惯性坐标系下的坐标和变化率随时间变化的表达式;
[0102] 步骤6 :根据卫星和地面目标在瞬时惯性坐标系下的运动状态表征参数、地面目 标坐标随时间变化参数W及地面目标变化率随时间变化参数计算出地面目标在卫星本体 坐标系下的坐标和变化率随时间变化的表达式;
[0103] 步骤7:根据卫星本体坐标系下的坐标和变化率随时间变化参数建立约束方程, 并求解出成像任务参数,所述成像任务参数包括:相机指向调整参数和成像开始时刻。
[0104] 具体地,如图1中所示,对于线阵推扫相机,其推扫方向一般与卫星飞行方向相 同,视场的扩展通常仅依靠绕卫星滚动轴的姿态偏置或依靠滚动轴的摆镜摆动完成。0XYZ 为卫星轨道坐标系,标称状态下,卫星=轴姿态为0,相机对地视场较窄,视轴正对地。在to 时刻,获知地面目标Targetl的坐标,星上综合可成像光照约束、卫星当前位置速度参数、 目标坐标、成像前准备时间多少等,解算出在At时间后,侧摆角为4时,相机推扫阵列在 地面投影的推扫线中屯、,恰好遇到地面点目标。
[0105] 优选地,所述步骤1包括:
[0106] 步骤1. 1 :建立坐标系,所述坐标系包括瞬时惯性坐标系、卫星轨道坐标系、卫星 本体坐标系、虚拟相机坐标系、虚像平面坐标系;
[0107] -瞬时惯性坐标系OeXjiZi,0品轴在地球赤道平面内,指向GPS时刻的WGS84坐 标系X轴方向;〇A轴垂直于地球赤道平面,与地球自转角速度矢量方向一致;与0品、 化Zi轴垂直,且构成右手坐标系;所述坐标系简称I系;
[010引-卫星轨道坐标系OsXDyDZ。,化表示原点,即卫星质屯、;0sX。轴在卫星轨道平面内, 指向卫星的运动方向化Z。轴指向地屯、;0,y。与0品、0,z。轴垂直,且构成右手坐标系;所述 坐标系简称0系;
[010引-卫星本体坐标系0sXbybZb,0s表示原点,即卫星质屯、;0sXb轴沿卫星飞行方向,0sZb轴与0syb轴、0sXb轴构成右手坐标系;当卫星处于标称零姿态运动时,0品、0syb、0品轴分别 与0品、0,y。、0而轴平行,且方向相同;所述坐标系简称b系;
[0110] -虚相机坐标系OcXcycZc,〇c表示原点,即摆镜虚相机的摄像中屯、;0cXcy。平面为物 镜平面;〇eZ。轴沿光轴方向,摆镜无摆角时〇tX。、0。7。轴与轨道系重合,构成右手坐标系;所 述坐标系简称C系;
[0111] -虚像平面坐标系OpXpy。,Op表示原点,即相机像平面光轴中屯、处;相机像平面法线 与〇eZ。轴平行,且OpXp、Opy。轴分别与0击、0。7。平行,且方向相同;所述坐标系简称P系;
[0112] 具体地,相机像平面坐标系与虚拟相机坐标系的关系如图2所示。
[0113] 步骤1. 2 :定义卫星、地面目标、地屯、S者间的矢量;
[0114] -R。,用于描述地面目标,表示从I系原点指向地面目标的矢量;
[0115] -Rw用于描述卫星位置,表示从I系原点指向卫星质屯、的矢量;
[0116] -氏t用于描述地面目标相对卫星位置,表示从卫星质屯、指向地面目标的矢量;
[0117]-R。,用于描述地面目标相对相机位置,表示从C系原点指向地面目标的矢量;
[011引 -Refl表不在I系中的位置矢量Ret;
[0119] -Res°表不在轨道系0系中的位置矢量Res。
[0120] 具体地,地面目标T、卫星质屯、摆镜虚相机的摄像中屯、0。在空间中的位置与 矢量关系如图3所示。
[0121] 具体地,在步骤1中定义了一种有利于解决问题的瞬时惯性坐标系,在GI^S给出卫 星位置和速度的测量时刻,瞬时惯性坐标系与对应的WGS84坐标系重合。每一个GPS测量 节拍,都对W当时的WGS84坐标系空间的指向确定重合的瞬时惯性坐标系。在当节拍内,瞬 时惯性坐标系系与WGS84坐标系的区别仅为WGS84坐标系相对瞬时惯性坐标系系有一个绕 Z轴的地球自转角速度。
[0122] 优
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