一种遥感卫星tdiccd相机积分时间星上优化计算方法
【技术领域】
[00011本发明涉及光学遥感卫星TDICCD相机参数积分时间的计算方法，特别针对在轨光 学遥感卫星的星上计算机进行实时积分时间计算的优化实现方法。
【背景技术】
[0002] 积分时间是光学成像卫星TDICXD相机的一个关键参数，目前光学成像卫星相机一 般都采用TDI-CCD线阵推扫成像，成像过程需要光生电荷包的转移与像面图像的运动保持 同步，即积分时间内相机焦面上的像移应与相机单个像元的长度相同，如果积分时间计算 不准确，会导致像移模糊，系统传递函数MTF下降。
[0003] 传统卫星由于姿态控制能力较弱，对地成像都采用被动成像模式（即成像过程中 卫星三轴角速度为零），成像过程中积分时间变化很小，因此积分时间计算频率要求较低 (一般1秒计算一次）。随着我国遥感卫星姿控机动能力的增强，新型的敏捷卫星成像过程姿 态变化灵活，三轴方向都可以变化，并且三轴姿态角速度都可以不为零。卫星在进行"动中 成像"时，光轴斜距的剧烈变化不仅带来图像比例尺的改变，而且会造成相机像面图像运动 角速度的变化，进而引起相机积分时间参数在成像过程中的剧烈变化，因此积分时间计算 频率要求更高(一般125毫秒要求计算一次），由于计算过程中需要考虑三轴姿态角速度，因 此计算复杂度更高，并且随着敏捷卫星相机分辨率的进一步提高，相机CCD片数相比传统卫 星提高了数倍，每片CCD都要求单独计算积分时间，所以敏捷卫星相机积分时间计算量相比 传统卫星增加了数倍。综上可见敏捷卫星积分时间计算相比传统卫星，计算频率、计算复杂 度以及计算次数都有较大提升，但目前星载计算机能力较弱，如果仍采用传统的计算方法， 将无法实现积分时间的星上实时计算。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的技术问题是:本发明要解决的技术问题是提供一种敏捷卫星TDICCD 光学相机积分时间计算的优化实现方法，使用该方法可以在非常有限的星载计算条件下满 足积分时间计算的实时性要求，为敏捷卫星相机成像质量提供可靠的数据保障。
[0005] 本发明的技术方案是：一种遥感卫星TDICCD相机积分时间星上优化计算方法，步 骤如下：
[0006] (1)设一次成像任务需要计算N组积分时间，每组需要计算Μ片CCD的积分时间；根 据相机在卫星上安装位置，计算得到每片CCD从相机坐标系到卫星本体坐标系的转换矩阵， 并将该矩阵作为常量Pk存储到星载计算机的内存中，其中k=l.....Μ；
[0007] (2)根据卫星轨道数据、卫星姿态数据以及相机参数数据计算得到第1组第1片CCD 的积分时间；
[0008] (3)利用相邻CCD积分时间计算存在很多相同中间量的特性，将第1组第1片CCD积 分时间计算的中间量进行保存。
[0009] (4)利用步骤（1)的常量Pk和步骤(3)得到的中间计算结果优化计算第1组剩余的 M-1片(XD的积分时间。
[0010] (5)返回步骤(2)，重复步骤⑵到步骤(4)，计算剩余N-1组的积分时间值。
[0011]步骤(2)中计算第1组第1片CCD的积分时间的步骤如下：
[0012] (21)根据第1组星时T计算地固系和惯性系间的转换矩阵：
[0013] Lhi ,π, - R {ζ ,)^?ι (-θ.)Κ(ζ ,)R (-S(f)
[0014] 其中」
， cosz4. sin:：j 〇? 「COS(-Se). .8111(-?..) R:(z4)= -smz4 coszj 0，i?:(-SG)= -sin(-5" G) cos(-SG) 0 ;ζ Α，ζΑ，θΑ为岁差参数； 0 0 1」 0 0 1 1为格林尼治平恒星时;LECI,ECF为地固系到惯性系转换矩阵;lecf, eci为惯性系到地固系转 换矩阵，其值等于Leq,ec;f的转置；
[0015] ζΑ，ζΑ, ΘΑ, &四个参数的计算方法为： C., = 2306w.：2181r + 0ff.30188r + 0Λ,017998?3 ζ. -2306^2181^ + 1^.09468^2 + 0w.018203t3
[0016] _5 ;： Θ. - 2004B.3 109r - 0w.42665r - 0^.041833Γ' 5(, = 18；,.6973746 + 879000Λ.0513367/ -f 0'.093104f2 -6'.2 x 10
[0017] 其中 h JD(n -JDG/2〇()〇·0)，JD(T)是卫星星时T对应的儒略日，JD(J2000.0) = 3652).0 2451545.0是历元J2000.0对应的儒略日；
[0018] (22)根据轨道位置计算卫星在惯性系下的位置SEei和轨道系到惯性系转换矩阵 Leci，o;
[0019] 计算卫星惯性系下位置的方法如下： λ-; = ;*(cos u cos Ω - sin ιι cos /sin Ω)
[0020] = j v; = r(cos"sinD + sim/cos/cosil); z. = r sin w sin/
[0021 ]其中r :=.,(丨^ \为卫星的地心距，a为地球赤道半径，f为卫星轨道的真近点角，e 1> c-^cos / 为偏心率，u= ω+f为炜度幅角，W为近地点角，Ω为卫星轨道的升交点赤经，i为轨道倾角； (Xl，yi，Zl)为卫星在惯性系的位置的三轴分量；
[0022]计算轨道系到惯性系转换矩阵的方法如下：
[0023]
[0024] (23)根据姿态数据计算卫星本体系到轨道系转换矩阵Lo,b，
[0025] 计算方法如下：
[0026]
[0027]其中P为滚动角，Θ为俯仰角，φ为偏航角;卫星采用1-2-3的姿态转序；
[0028] (24)根据(21)和(22)的结果计算卫星在地固系下的位置SECF:
[0029] Secf = Lecf,eciSeci；
[0030] (25)根据(21)、（22)、（23)的结果和步骤(1)中的常量?1{计算地固系下的视轴矢量 Vecf：
[0031 ] Vecf = Lecf,eciLeci,oLo,bPiVc
[0032] 其中:V。为相机系下的视轴矢量，VC={0,0，1};
[0033] (26)根据(24)、（25)的结果计算摄影点位置;所述摄影点为视轴矢量与地球的交 点，根据相机视轴矢量的空间直线方程与地球椭球方程联立得到： - Xv v - K 2 -,ZV
[0034] < Χι'εσ Y,，ecF Zy-rf ; 0 O 々 a- iT
[0035] 求解方程得到x、y、z即为摄影点在地固坐标系中的位置；（，Zs_ )为 Secf的三轴分量；:（?%. )为Vegf的三轴分量;c为地球极半径；
[0036] (27)根据(24)、（26)的结果以及星上存储的地理高程数据计算星地斜距h:
[0037] A = |，| = |, cos <2 + ?yl^l cosJ a - l^j + \pP'^ |.圳'+ |5P'- |iF「
[0038] cos m = J~J-n--J^L ； 2 |5(7| SP\
[0039] 其中I SP' I为修正后的斜距h;其中SO为卫星到地心的距离，SP为卫星到拟摄影点 的距离，0P为地心到拟摄影点的距离，SP'为卫星到摄影点的距离，0P'为地心到摄影点的距 离；
[0040] (28)根据(22)和(23)的结果、步骤(1)中的常量和姿态数据计算摄影点地速;根据 理论力学原理，相对速度等于绝对速度减去牵连速度，摄影点地速计算方法如下：
[0041 ] v=COeXR-[C0nXr+(C0n+COs) XH+Vr] = WeXR-C〇nXR-C〇 s XH-Vr
[0042] Vr是卫星绝对速度的径向分量，C0e是地球角速度矢量，R是地心到目标点的矢量，H 是卫星到目标点的距离矢量，r是地心指向卫星的矢径，其大小为r，ω n是轨道角速度矢量， 其大小为％=^,1) = &(112)，〃 =1^^4是地球引力常数，？是轨道半通径，6是偏 心率，f是真近点角；〇^表示卫星的姿态角速度矢量；
[0043] (29)根据(27)和（28)的结果、相机的像元尺寸常量D和相机焦距常量F，计算得到 第1组第1片CCD的积分时间。计