用于空间光学相机的无地面控制点定位方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学遥感技术领域，具体涉及一种用于空间光学相机的无地面控制点定位方法以及用于空间光学相机的无地面控制点定位装置。
【背景技术】
[0002]对于光学遥感卫星而言，一个非常重要的功能是准确地获取地面目标的位置信息，即对地面目标进行高精度定位(即几何定位)。然而，卫星内方位元素(如光学畸变和像差等)以及外方位元素(如卫星位置测量误差、姿态测量误差以及载荷安装误差等)均会影响卫星对地面目标的定位精度。虽然利用地面控制点可以提高卫星对地面目标的定位精度，但是，在实际应用中，经常会存在无地面控制点的情况，如在对海洋目标成像过程中，成像区域内经常难以获取到地面控制点(如海岛等)，从而无法利用地面控制点来提高卫星对地面目标的定位精度。
[0003]在无地面控制点的情况下，如果能够获取相机光轴(即相机成像光光轴)真实的指向信息，则同样可以实现地面目标的高精度定位。目前，通常是基于惯性传感器来获取相机光轴真实的指向信息的，例如，以刚性连接方式在相机上设置惯性传感器。该方法虽然能够在一定程度上减小相机光轴的指向误差，但是，对于一些高精度、高分辨率的光学遥感卫星来说，该方法仍无法满足精度要求。
[0004]发明人在实现本发明过程中发现，卫星上存在微振动环境，微振动环境中的微振动源如卫星中的动量轮、控制力矩陀螺、太阳帆板驱动机构以及天线指向机构等设备的周期运动，再如离子推进器、低温制冷机的工作以及环境扰动引起的结构振动等。微振动源会使相机内部的光学单元发生抖动，从而使相机光轴的真实指向与通过惯性传感器测量获得的卫星姿态存在较大偏差，进而使光学遥感卫星对地面目标的定位精度受到了影响。
【发明内容】
[0005]鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的用于空间光学相机的无地面控制点定位方法和装置。
[0006]依据本发明的一个方面，提供了一种用于空间光学相机的无地面控制点定位方法，该方法包括:由第一激光源和第二激光源产生相互不平行的第一参考激光束和第二参考激光束；测量惯性测量单元坐标系Z轴在积分时间段的积分初始时刻关于惯性空间坐标系X轴的指向角、关于惯性空间坐标系I轴的指向角以及关于惯性空间坐标系Z轴的指向角；使所述第一参考激光束和第二参考激光束进入相机的光学单元并入射到相机焦平面的分视场上；测量第一参考激光束和第二参考激光束在所述积分时间段的积分初始时刻在相机焦平面的分视场上的光斑位置信息；根据所述光斑位置信息和预先设定的光斑目标位置信息确定空间光学相机光轴在积分初始时刻关于惯性测量单元坐标系X轴的偏转角以及空间光学相机光轴在积分初始时刻关于惯性测量单元坐标系y轴的偏转角，并根据所述关于惯性测量单元坐标系X轴的偏转角与关于惯性空间坐标系X轴的指向角的叠加以及关于惯性测量单元坐标系y轴的偏转角与关于惯性空间坐标系y轴的指向角的叠加确定空间光学相机光轴在积分初始时刻关于惯性空间坐标系的X轴的指向信息和I轴的指向信息；根据两个光斑位置信息以及预先设定的两个光斑目标位置信息形成的四边形确定空间光学相机光轴在积分初始时刻关于惯性测量单元坐标系z轴的偏转角；根据空间光学相机光轴在所述积分时间段的积分初始时刻关于惯性空间坐标系Z轴的指向角与所述关于惯性测量单元坐标系Z轴的偏转角的叠加确定空间光学相机光轴在积分初始时刻关于惯性空间坐标系的Z轴的指向信息；将三个指向信息作为空间光学相机光轴在整个积分时间段的光轴指向信息。
[0007]依据本发明的再一个方面，提供了一种用于空间光学相机的无地面控制点定位装置，该装置主要包括:惯性参考激光单元、角锥棱镜、第一位置探测器、第二位置探测器、XY叠加运算单元以及Z运算单元；惯性参考激光单元，用于由第一激光源和第二激光源产生相互不平行的第一参考激光束和第二参考激光束，并测量惯性测量单元坐标系Z轴在积分时间段的积分初始时刻关于惯性空间坐标系X轴的指向角、关于惯性空间坐标系I轴的指向角以及关于惯性空间坐标系z轴的指向角；角锥棱镜，设置于第一参考激光束和第二参考激光束的光路上，用于使所述第一参考激光束和第二参考激光束进入相机的光学单元并入射到相机焦平面的分视场上；第一位置探测器，设置于相机焦平面的分视场上，且与相机焦平面刚性连接，用于测量第一参考激光束在积分时间段的积分初始时刻在相机焦平面的分视场上的光斑位置信息；第二位置探测器，设置于相机焦平面的分视场上，且与相机焦平面刚性连接，用于测量第二参考激光束在所述积分时间段的积分初始时刻在相机焦平面的分视场上的光斑位置信息；χγ叠加运算单元，用于根据所述光斑位置信息和预先设定的光斑目标位置信息确定空间光学相机光轴在积分初始时刻关于惯性测量单元坐标系X轴的偏转角以及空间光学相机光轴在积分初始时刻关于惯性测量单元坐标系y轴的偏转角，并根据所述关于惯性测量单元坐标系X轴的偏转角与关于惯性空间坐标系X轴的指向角的叠加以及关于惯性测量单元坐标系y轴的偏转角与关于惯性空间坐标系y轴的指向角的叠加确定空间光学相机光轴在积分初始时刻关于惯性空间坐标系的X轴的指向信息和y轴的指向信息；Z运算单元，用于根据两个光斑位置信息以及预先设定的两个光斑目标位置信息形成的四边形确定空间光学相机光轴在积分初始时刻关于惯性测量单元坐标系z轴的偏转角，并根据空间光学相机光轴在所述积分时间段的积分初始时刻关于惯性空间坐标系z轴的指向角与所述关于惯性测量单元坐标系z轴的偏转角的叠加确定空间光学相机光轴在积分初始时刻关于惯性空间坐标系的z轴的指向信息；其中，三个指向信息被作为空间光学相机光轴在整个积分时间段的光轴指向信息。
[0008]本发明提供的用于空间光学相机的无地面控制点定位方法和装置至少具有下列优点及有益效果:本发明通过引入相互不平行的两参考激光束，并测量惯性测量单元坐标系Z轴在积分时间段的积分初始时刻关于惯性空间坐标系X轴的指向角、关于惯性空间坐标系y轴的指向角以及关于惯性空间坐标系z轴的指向角，可以获得惯性测量单元坐标系Z轴在每一个积分时间段的积分初始时刻的指向角信息；通过利用两参考激光束在进入相机的光学单元后在相机焦平面的分视场上的光斑位置信息，可以获得在积分时间段的积分初始时刻空间光学相机光轴相对于惯性测量单元坐标系各轴的偏转变化；通过利用上述指向角以及上述偏转变化就可以获得空间光学相机光轴在整个积分时间段的指向，从而解决了难以实时精确地测量出光学遥感卫星的相机光轴真实指向的问题，能够实时地建立起光学遥感卫星获得的遥感图像与实际地理位置之间的精确的对应关系，这样，在无地面控制点的情况下，光学遥感卫星仍然能够实时地实现地面目标的精确定位；由于本发明并不是依赖于地面光照条件以及地面景物特点等参考量来确定相机光轴的真实指向，而是依赖于参考激光束来确定相机光轴的真实指向，因此，本发明可以全天时且全天侯地精确测量出相机光轴的真实指向；最终本发明提供的技术方案提高了无地面控制点的定位精度。
[0009]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的【具体实施方式】。
【附图说明】
[0010]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。本实施例的附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
[0011]图1为惯性测量单元的三维坐标系示意图；
[0012]图2为本发明的用于空间光学相机的无地面控制点定位方法流程图；
[0013]图3为本发明实施例的惯性参考激光束的光斑位置变化示意图；
[0014]图4为本发明的用于空间光学相机的无地面控制点定位装置示意图；
[0015]图5为本发明实施例的惯性参考激光单元的结构示意图。
[0016]附图标记说明:
[0017]I惯性参考激光单元；2第一参考激光束；3第二参考激光束；
[0018]4角锥棱镜；5相机主镜；6相机次镜；
[0019]7相机焦平面；8第一位置探测器；9第二位置探测器；
[0020]10相机内部抖动导致的光轴偏转角信息A ;
[0021]11恒星；12星敏感器；13标校单元；
[0022]14惯性测量单元Z轴指向角信息；
[0023]15 XY叠加运算单元；
[0024]16 X和Y方向光轴指向测量结果；
[0025]17相机内部抖动导致的光轴偏转角信息B ;
[0026]18边长运算单元； 19 Z叠加运算单元；
[0027]20 Z方向光轴指向测量结果；
[0028]21相机承力板； 22被拍摄目标； 23成像光；
[0029]24第一位置探测器的中心，记作点A。；
[0030]25 T时刻第一参考激光束的光斑在第一位置探测器的位置，记作点Ατ;
[0031]26第二位置探测器的中心，记作点B。；
[0032]27 T时刻第二参考激光束的光斑在第二位置探测器的位置，记作点Bt;
[0033]28第一激光输出组件；29第二激光输出组件；
[0034]30惯性传感器；31基座。
【具体实施方式】
[0035]下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0036]本发明的惯性测量单元具有由相互垂直的X轴、y轴、z轴组成的三维坐标系，该三维坐