CN105157700A - 用于空间光学相机的无地面控制点定位方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于空间光学相机的无地面控制点定位方法和装置；该方法包括：由第一和第二激光源产生相互不平行的第一和第二参考激光束，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y轴的指向角以及关于惯性空间坐标系z轴的指向角；测量进入空间光学相机的光学单元的第一和第二参考激光束的光斑位置信息，根据光斑位置信息和三个指向角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、y轴的指向信息和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。本发明提供的技术方案可有效提高无地面控制点的定位精度。
Description
技术领域
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
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。
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。
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
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。
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y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y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。
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y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；XY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。
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。
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
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：
图1为惯性测量单元的三维坐标系示意图；
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；
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；
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；
图5为本发明实施例的惯性参考激光单元的结构示意图。
附图标记说明：
1惯性参考激光单元；2第一参考激光束；3第二参考激光束；
4角锥棱镜；5相机主镜；6相机次镜；
7相机焦平面；8第一位置探测器；9第二位置探测器；
10相机内部抖动导致的光轴偏转角信息A；
11恒星；12星敏感器；13标校单元；
14惯性测量单元Z轴指向角信息；
15XY叠加运算单元；
16X和Y方向光轴指向测量结果；
17相机内部抖动导致的光轴偏转角信息B；
18边长运算单元；19Z叠加运算单元；
20Z方向光轴指向测量结果；
21相机承力板；22被拍摄目标；23成像光；
24第一位置探测器的中心，记作点A0；
25T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AT；
26第二位置探测器的中心，记作点B0；
27T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；
28第一激光输出组件；29第二激光输出组件；
30惯性传感器；31基座。
具体实施方式
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。
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,该三维坐标系可以称为惯性测量单元坐标系，即惯性测量单元坐标系与惯性测量单元固定连接。如果将惯性测量单元简化为一个圆柱体的话，则该三维坐标系可以如图1所示。图1中左下方的圆柱体为被简化的惯性测量单元，该惯性测量单元设置于相机承力板21上，从而惯性测量单元与相机主镜5刚性连接；惯性测量单元坐标系的x轴和y轴由惯性测量单元中轴线上一点指向外侧，z轴由x轴和y轴的交点出发指向被拍摄区域的中心点，即z轴可以被定义为沿空间光学相机光轴(可以简称为相机光轴，也可称为相机成像光光轴)指向被拍摄目标的方向，在不考虑相机内部光学单元抖动的情况下，如果沿z轴发出一束激光，且该激光经角锥棱镜被引入空间光学相机，则该激光的光斑应该位于空间光学相机焦平面的中心点。该三维坐标系的定义符合右手法则。
在实际应用中，为了对地面的被拍摄目标进行无地面控制点定位，应使拍摄获得的每一张图像均对应有空间光学相机光轴关于惯性空间坐标系的x轴、y轴和z轴的指向信息。在实际应用中，空间光学相机光轴的指向是在轨实时且随机抖动的，本发明可以将一积分时间段的积分初始时刻T的瞬时空间光学相机光轴关于惯性空间坐标系的x轴、y轴和z轴的指向信息作为空间光学相机光轴在整个积分时间段的关于惯性空间坐标系的x轴、y轴和z轴的指向信息。
下面结合图2至图5对本发明的用于空间光学相机的无地面控制点定位方法和装置分别进行详细说明。
实施例一、用于空间光学相机的无地面控制点定位方法。该方法的流程如图2所示。
图2中，S200、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。
具体的，为描述清晰起见，本实施例将第一激光源产生的激光束称为第一参考激光束，将第二激光源产生的激光束称为第二参考激光束。第一参考激光束和第二参考激光束之间存在不为零的夹角，即第一参考激光束和第二参考激光束互不平行。
S210、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。
具体的，本实施例中的空间光学相机光轴在积分时间段的积分初始时刻关于惯性空间坐标系x轴的指向角是指空间光学相机光轴在积分时间段的积分初始时刻相对于惯性空间坐标系x轴而言的指向角(下述简称关于惯性空间坐标系x轴的指向角)；同样的，空间光学相机光轴在积分时间段的积分初始时刻关于惯性空间坐标系y轴的指向角是指空间光学相机光轴在积分时间段的积分初始时刻相对于惯性空间坐标系y轴而言的指向角(下述简称关于惯性空间坐标系y轴的指向角)，空间光学相机光轴在积分时间段的积分初始时刻关于惯性空间坐标系z轴的指向角是指空间光学相机光轴在积分时间段的积分初始时刻相对于惯性空间坐标系z轴而言的指向角(下述简称关于惯性空间坐标系z轴的指向角)。
本实施例在每一个积分时间段的初始时刻都应执行上述三个指向角的测量操作。本实施例可以利用安装于空间光学相机上的惯性测量单元来测量上述三个指向角，且惯性测量单元与空间光学相机刚性连接。
本实施例的惯性测量单元中设置有测量基准三维坐标系，惯性测量单元是基于该测量基准三维坐标系来进行上述三个指向角的测量的。本实施例应根据惯性空间坐标系来对该测量基准三维坐标系进行实时标校，如利用惯性测量单元中的星敏感器对该测量基准三维坐标系进行在轨标校，从而使惯性测量单元中的测量基准三维坐标系与惯性空间坐标系尽可能地保持一致。由此可以认为：惯性测量单元是基于惯性空间坐标系来进行指向角的测量的，也就是说，虽然惯性测量单元是基于测量基准三维坐标系而测量出的三个指向角，但是由于该测量基准三维坐标系与惯性空间坐标系保持一致，因此，惯性测量单元测量出的三个指向角可以被认为是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。
本实施例利用星敏感器对惯性测量单元中的测量基准三维坐标系进行标校的一个具体的例子为：卫星在轨期间，基于预定时间间隔定期读取星敏感器中的信息，并利用该信息对惯性测量单元中的测量基准三维坐标系的x轴、y轴以及z轴分别进行定期在轨标校。本实施例通过利用星敏感器对惯性测量单元中的测量基准三维坐标系进行在轨标校，可以有效保证卫星在轨期间惯性测量单元测量出的三个指向角的测量准确度以及测量精度。
S220、使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。
具体的，本实施例可以利用角锥棱镜使第一参考激光束和第二参考激光束进入相机的光学单元，第一参考激光束和第二参考激光束在进入相机的光学单元后所经由的光路与被拍摄目标的成像光所经由的光路是相同的，也就是说，第一参考激光束和第二参考激光束所经过的光学单元比被拍摄目标的成像光所经过的光学单元多一个角锥棱镜，第一参考激光束和第二参考激光束在经过角锥棱镜之后的光路与被拍摄目标的成像光的光路相同。这里的光路相同并不是指包括光的入射角都完全相同，而是指所经过的光学单元中的各光学单元相同；一个具体的例子，第一参考激光束和第二参考激光束在经过角锥棱镜后分别入射到相机主镜上，然后，在经由相机主镜后分别入射到相机次镜上，之后，在经由相机次镜后入射到相机焦平面的分视场上。
本实施例中的相机焦平面的分视场可以为位于相机焦平面向外延伸的平面上的第一位置探测器和第二位置探测器，且第一位置探测器和第二位置探测器与相机焦平面分别刚性连接，即相机焦平面、第一位置探测器和第二位置探测器可以看成是一个刚体。
需要特别说明的是，本步骤S220虽然是在步骤S210之后描述的，然而在实际应用中，S210和S220之间并不存在先后执行顺序的限定。
S230、测量第一参考激光束和第二参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。
具体的，本实施例可以利用第一位置探测器来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，从而获得第一参考激光束的光斑位置信息，同时利用第二位置探测器来测量第二参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，从而获得第二参考激光束的光斑位置信息。
一个具体的例子，如图3所示，A0表示第一位置探测器8的中心点24，AT表示在积分时间段的积分初始时刻T时第一参考激光束的光斑在第一位置探测器8上的位置点25，B0表示第二位置探测器9的中心点26，BT表示在积分时间段的积分初始时刻T时第二参考激光束的光斑在第二位置探测器9上的位置点27；位置点25的位置信息和位置点27的位置信息即为第一参考激光束和第二参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。
S240、根据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。
具体的，本实施例中的光斑目标位置信息通常设置为位置探测器的中心位置(即中心点)，即在没有任何抖动的情况下，第一参考激光束的光斑应投射在第一位置探测器的中心位置，且第二参考激光束的光斑应位于第二位置探测器的中心位置。当然，本实施例中的光斑目标位置信息也可以被设置为除位置探测器的中心位置之外的其他位置。
本实施例可以首先利用预先设定的光斑目标位置信息和上述获得的光斑位置信息确定出第一参考激光束/第二参考激光束光斑的线位移(如图3中的线段A0AT或者线段B0BT)，然后，再利用第一参考激光束/第二参考激光束光斑的线位移来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(下述简称为x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(下述简称为y偏转角)。本实施例可以利用多种转换算法将线位移转换为x偏转角以及y偏转角，具体的转换过程在此不再详细说明。
本实施例可以基于第一参考激光束来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，也可以基于第二参考激光束来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，还可以同时基于第一参考激光束和第二参考激光束来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。
第一个具体的例子：利用基于第一激光束的光斑位置信息和针对第一激光束设置的光斑目标位置信息确定x偏转角以及y偏转角，然后，将x偏转角与上述关于惯性空间坐标系x轴的指向角进行叠加，并将y偏转角与上述关于惯性空间坐标系y轴的指向角进行叠加，利用叠加后产生的两个角度就可以确定出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。
第二个具体的例子：利用基于第二激光束的光斑位置信息和针对第二激光束设置的光斑目标位置信息确定x偏转角以及y偏转角，然后，将x偏转角与上述关于惯性空间坐标系x轴的指向角进行叠加，并将y偏转角与上述关于惯性空间坐标系y轴的指向角进行叠加，利用叠加后产生的两个角度就可以确定出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。
第三个具体的例子：利用基于第一激光束的光斑位置信息和针对第一激光束设置的光斑目标位置信息确定x偏转角以及y偏转角，然后，将x偏转角与上述关于惯性空间坐标系x轴的指向角进行叠加，并将y偏转角与上述关于惯性空间坐标系y轴的指向角进行叠加，从而获得第一x叠加角和第一y叠加角；同时，利用基于第二激光束的光斑位置信息和针对第二激光束设置的光斑目标位置信息确定x偏转角以及y偏转角，然后，将x偏转角与上述关于惯性空间坐标系x轴的指向角进行叠加，并将y偏转角与上述关于惯性空间坐标系y轴的指向角进行叠加，从而获得第二x叠加角和第二y叠加角；然后，通过计算第一x叠加角和第二x叠加角的均值获得x角，通过计算第一y叠加角和第二y叠加角的均值获得y角；从而利用上述获得的x角就可以确定出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，利用上述获得的y角就可以确定出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y轴的指向信息。
本实施例中的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轴的指向信息可以为角度值，也可以为线位移值，且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y轴的指向信息同样可以为角度值，也可以为线位移值。
S250、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，并根据惯性测量单元坐标系Z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。
具体的，如图3所示，点A0、点AT、点B0以及点BT这四个点形成一个四边形，利用该四边形就可以计算出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(下述简称为z偏转角)，例如，先计算出该四边形各边的边长，然后利用各边的边长(即利用各边的几何关系)就可以计算出图3中的角γ′，该角γ′即为z偏转角。本实施例可以利用多种计算方法通过边长获得角γ′，在此对具体的计算方法不再详细说明。本实施例基于叠加而获得的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轴的指向信息可以为角度值，也可以为线位移值。
S260、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，也就是说，在一个积分时间段内，始终将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、关于惯性空间坐标系的y轴的指向信息以及关于惯性空间坐标系的z轴的指向信息作为空间光学相机的光轴指向信息。
实施例二、用于空间光学相机的无地面控制点定位装置。该装置的结构如图4所示。
图4中，本实施例的用于空间光学相机的无地面控制点定位装置主要包括：惯性参考激光单元1、星敏感器12、标校单元13、角锥棱镜4、第一位置探测器8(即位置探测器A)、第二位置探测器9(即位置探测器B)、XY叠加运算单元15和Z运算单元；其中的Z运算单元可以包括：边长运算单元18和Z叠加运算单元19。
设置有本实施例的用于空间光学相机的无地面控制点定位装置的光学遥感卫星可以被简化为两大部分，其中一部分为惯性测量单元(位于图4虚线框之外的左侧区域)，另一部分为空间光学相机(也可以称为光学成像系统，即图4中虚线框之内的部分)。
简化后的光学遥感卫星中的惯性测量单元主要包括：星敏感器12(也可以称为恒星敏感器)、标校单元13和惯性参考激光单元1。星敏感器12与惯性参考激光单元1刚性连接，即惯性测量单元可以视为一个刚体。惯性测量单元与空间光学相机刚性相连，如惯性测量单元刚性固定在空间光学相机的承力板上，从而使惯性测量单元与空间光学相机成为一个刚体。
简化后的光学遥感卫星中的空间光学相机(即图4中虚线框之内的部分)主要包括：相机主镜5、相机次镜6、角锥棱镜4、相机焦平面7、第一位置探测器8、第二位置探测器9以及相机承力板21；相机焦平面7、第一位置探测器8以及第二位置探测器9三者刚性连接，可以视为一个刚体。该空间光学相机在轨工作时，从被拍摄目标22发出的成像光23在经过相机主镜5以及相机次镜6等光学单元后，到达相机焦平面7成像。
惯性参考激光单元1主要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y轴的指向角以及关于惯性空间坐标系z轴的指向角。
具体的，惯性参考激光单元1的一个例子如图5所示；图5中的惯性参考激光单元1包括：基座31、第一激光输出组件28(即激光输出组件A，也即第一激光源)、第二激光输出组件29(即激光输出组件B，也即第二激光源)以及多个惯性传感器30。
基座31主要用于刚性固定第一激光输出组件28、第二激光输出组件29以及多个惯性传感器30。基座31还可以作为与星敏感器12刚性固定连接的结构，使星敏感器12与惯性参考激光单元1形成一个刚体。
第一激光输出组件28主要用于产生第一参考激光束2(即参考激光束A)，第二激光输出组件29主要用于产生第二参考激光束3(即参考激光束B)，且第一参考激光束2和第二参考激光束3相互不平行。
多个惯性传感器30主要用于测量惯性测量单元坐标系z轴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。惯性传感器30可以采用陀螺、基于磁流体的角位移传感器等元件来实现。本实施例中的惯性传感器30应具有较高的测角精度、较宽的工作带宽以及较低的测量噪声，且惯性传感器30在星敏感器12在轨标定的情况下，可以持续地实现高准确性高精度的角位移测量。
多个惯性传感器30的安装位置应根据实际情况合理安排，以便于可以准确地测量出空间光学相机光轴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。
标校单元13主要用于利用星敏感器12对惯性测量单元的测量基准三维坐标系进行标校，即标校单元13利用星敏感器12在轨标校惯性参考激光单元中的各惯性传感器30的测量基准三维坐标系。卫星在轨运行过程中，惯性传感器30往往会存在零偏稳定性以及随机游走等问题，这样，卫星长时间在轨使用后，会出现惯性传感器30的测量误差增大的现象，而星敏感器12由于是以惯性稳定的恒星11光为基准的，因此不存在零位漂移等问题，从而本实施例的标校单元13可以实时地基于星敏感器12来在轨纠正各个惯性传感器30的测量偏差，使各惯性传感器30可以具有持续稳定精准的测角性能。
角锥棱镜4主要用于将第一参考激光束2和第二参考激光束3均引入至空间光学相机(即光学成像系统)中，使第一参考激光束2和第二参考激光束3沿着与被拍摄目标22的成像光23相同的路径传播，即第一参考激光束2和第二参考激光束3在分别经过相机主镜5和相机次镜6之后，第一参考激光束2到达第一位置探测器8，第二参考激光束3到达第二位置探测器9。
需要特别说明的是，虽然第一参考激光束2和第二参考激光束3所经过的光学单元比被拍摄目标的成像光23多了一个角锥棱镜4，但是，由于角锥棱镜4有一种特殊的光学性质，即不论入射光从哪个角度入射，出射光都会保持与入射光平行，因此，角锥棱镜4的抖动不会改变光线的传播方向，从而可以认为第一参考激光束2和第二参考激光束3与成像光23经过了相同的光学单元。
第一位置探测器8主要用于测量第一参考激光束2的光斑位置信息。第二位置探测器9主要用于测量第二参考激光束3的光斑位置信息。
本实施例利用第一位置探测器8和第二位置探测器9测量出的光斑位置信息可以获得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、y轴以及z轴所发生的偏转变化，也就是说，空间光学相机内部多个光学单元的综合抖动情况可以通过参考激光束的光斑在位置探测器上产生的位移情况获得。
本实施例中的第一位置探测器8以及第二位置探测器9应具有较高的位置测量精度、较快的响应速度、较低的测量噪声以及较高的线性度，如第一位置探测器8和第二位置探测器9可以采用四分仪、PSD(phasesensitivedetector，敏感相位探测器)或者高速CCD(Charge-coupledDevice，电荷耦合元件)等器件实现。
XY叠加运算单元15主要用于根据上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，并根据相应的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轴的偏转角与相应的关于惯性空间坐标系x轴的指向角的叠加以及相应的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轴的偏转角与相应的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。上述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轴的指向信息即为图4中的X和Y方向光轴指向测量结果16。
具体的，如图3所示，设定A0表示第一位置探测器8(即第一位置探测器)的中心点24，AT表示在积分时间段的积分初始时刻T时第一参考激光束的光斑在第一位置探测器8上的位置点25，B0表示第二位置探测器9(即第二位置探测器)的中心点26，BT表示在积分时间段的积分初始时刻T时第二参考激光束的光斑在第二位置探测器9上的位置点27；位置点25的位置信息和位置点27的位置信息即为第一参考激光束和第二参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。
在上述条件下，获得空间光学相机光轴在积分时间段的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轴的指向信息的三种实现方式如下：
第一种实现方式：在积分时间段的积分初始时刻T，惯性传感器30测量到的惯性测量单元坐标系Z轴关于惯性空间坐标系x轴的指向角为α以及关于惯性空间坐标系y轴的指向角为β；在第一参考激光束2从第一激光源到达第一位置探测器8的过程中，受到了相机内部光学单元抖动的影响而发生了偏转，XY叠加运算单元15可以根据中心点24以及第一位置探测器8探测到的光斑位置信息获得偏转量，如XY叠加运算单元15通过检测A0到AT间在X轴方向上的距离以及在Y轴方向上的距离即可获得，该偏转量记作|A0AT|x和|A0AT|y，由于|A0AT|x和|A0AT|y均是线位移，不方便与指向角α和指向角β进行叠加，因此，XY叠加运算单元15可以根据空间光学相机的配置参数将|A0AT|x转化为角度α′(角位移)，并将|A0AT|y转化为角度β′(角位移)，之后，XY叠加运算单元15将上述指向角α与上述角度α1′相叠加即可得到关于x轴的指向角，将上述指向角β与上述角度β′相叠加即可得到关于y轴的指向角；上述关于x轴的指向角代表了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，关于y轴的指向角代表了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y轴的指向信息。
第二种实现方式：在积分时间段的积分初始时刻T，惯性传感器30测量到的惯性测量单元坐标系Z轴关于惯性空间坐标系x轴的指向角为α以及关于惯性空间坐标系y轴的指向角为β；在第二参考激光束3从第二激光源到达第二位置探测器9的过程中，受到了相机内部光学单元抖动的影响而发生了偏转，XY叠加运算单元15可以根据中心点26以及第二位置探测器9探测到的光斑位置信息获得偏转量，如XY叠加运算单元15通过检测B0到BT间在X轴方向上的距离以及在Y轴方向上的距离即可获得，该偏转量记作|B0BT|x和|B0BT|y，由于|B0BT|x和|B0BT|y均是线位移，不方便与指向角α和指向角β进行叠加，因此，XY叠加运算单元15可以根据空间光学相机的配置参数将|B0BT|x转化为角度α′(角位移)，并将|B0BT|y转化为角度β′(角位移)，之后，XY叠加运算单元15将上述指向角α与上述角度α1′相叠加即可得到关于x轴的指向角，将上述指向角β与上述角度β′相叠加即可得到关于y轴的指向角；上述关于x轴的指向角代表了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，关于y轴的指向角代表了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y轴的指向信息。
第三种实现方式：在积分时间段的积分初始时刻T，惯性传感器30测量到的惯性测量单元坐标系Z轴关于惯性空间坐标系x轴的指向角为α以及关于惯性空间坐标系y轴的指向角为β；在第一参考激光束2从第一激光源到达第一位置探测器8的过程中，受到了相机内部光学单元抖动的影响而发生了偏转，同样的，在第二参考激光束3从第二激光源到达第二位置探测器9的过程中，也受到了相机内部光学单元抖动的影响而发生了偏转；XY叠加运算单元15可以根据中心点24以及第一位置探测器8探测到的光斑位置信息获得一偏转量，如XY叠加运算单元15通过检测A0到AT间在X轴方向上的距离以及在Y轴方向上的距离即可获得，该偏转量可记作|A0AT|x和|A0AT|y；同时，XY叠加运算单元15可以根据中心点26以及第二位置探测器9探测到的光斑位置信息获得另一偏转量，如XY叠加运算单元15通过检测B0到BT间在X轴方向上的距离以及在Y轴方向上的距离即可获得，该偏转量记作|B0BT|x和|B0BT|y，由于|A0AT|x、|A0AT|y、|B0BT|x以及|B0BT|y均是线位移，不方便与指向角α和指向角β分别进行叠加，因此，XY叠加运算单元15可以根据空间光学相机的配置参数将|A0AT|x转化为角度α1′(角位移)，并将|A0AT|y转化为角度β1′(角位移)，将|B0BT|x转化为角度α2′(角位移)，然后将|B0BT|y转化为角度β2′(角位移)；之后，XY叠加运算单元15将上述指向角α与上述角度α1′相叠加，将指向角α与上述角度α2′相叠加，计算这两个叠加后的角度的均值即可得到关于x轴的指向角，同时，将上述指向角β与上述角度β1′相叠加，并将指向角β与上述角度β2′相叠加，计算这两个叠加后的角度的均值即可得到关于y轴的指向角；上述关于x轴的指向角代表了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，关于y轴的指向角代表了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y轴的指向信息。
需要特别说明的是，不同的空间光学相机由于设计指标的不同而具有不同的线位移到角位移的转换关系，例如，在空间光学相机的CCD单个像元尺寸为9μm，且对应的视场角为0.7μrad的情况下，两者之间的比例关系为9/0.7≈12.8571；由于第一位置探测器8和第二位置探测器9设置于相机焦平面7的分视场位置处，则在将线位移转换为角位移时，可以近似地根据X≈12.8571β进行转换，且误差可以根据不同的空间光学相机结构进行相应修正，其中，X为线位移，β为角位移。
Z运算单元主要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，并根据惯性测量单元坐标系z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，即图4中的Z方向光轴指向测量结果20。
具体的，在如图3所示的条件下，获得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轴的指向信息的实现方式为：在积分时间段的积分初始时刻T，惯性传感器30测量到的关于惯性空间坐标系z轴的指向角为γ；在第一参考激光束2从第一激光源到达第一位置探测器8的过程中，受到了相机内部光学单元抖动的影响而发生了偏转，在第二参考激光束3从第二激光源到达第二位置探测器9的过程中，受到了相机内部光学单元抖动的影响而发生了偏转，Z运算单元可以根据中心点24和第一位置探测器8探测到的光斑位置信息以及中心点26和第二位置探测器9探测到的光斑位置信息获得偏转量；如点A0、点AT、点B0以及点BT这四个点形成四边形A0ATBTB0，边长运算单元18计算出四边形A0ATBTB0的四个边的边长，即|A0AT|、|ATBT|、|BTB0|以及|A0B0|，Z叠加运算单元19利用该四边形的边长(即利用各边的几何关系)就可以计算出图3中的角γ′，该角γ′即为z偏转角。Z叠加运算单元19可以利用多种计算方法通过边长获得角γ′，Z叠加运算单元19对γ和γ′进行叠加运算即可得到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。
本实施例的装置可以将上述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，也就是说，在一个积分时间段内，本实施例的装置始终将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、关于惯性空间坐标系的y轴的指向信息以及关于惯性空间坐标系的z轴的指向信息作为空间光学相机的光轴指向信息。
在此提供的算法以及显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例用于空间光学相机的无地面控制点定位装置中的一些部件的一些或者全部功能。
应该注意的是，上述实施例是对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或者步骤等。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
Claims (10)
1.一种用于空间光学相机的无地面控制点定位方法，其特征在于，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，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；
测量进入空间光学相机的光学单元的第一参考激光束和第二参考激光束的光斑位置信息，并根据所述光斑位置信息以及三个所述指向角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、y轴的指向信息以及z轴的指向信息；
将三个所述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。
2.一种用于空间光学相机的无地面控制点定位方法，其特征在于，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y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y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；
根据惯性测量单元坐标系z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；
将三个所述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。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述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轴的指向角包括：
惯性测量单元基于其测量基准三维坐标系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；
其中，所述测量基准三维坐标系通过星敏感器在轨标校。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述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包括：
利用角锥棱镜使所述第一参考激光束和第二参考激光束入射到相机主镜上，且经由相机主镜入射到相机次镜上，并经由相机次镜入射到与相机焦平面刚性连接的第一位置探测器和第二位置探测器上。
5.如权利要求2所述的方法，其中，所述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轴的偏转角包括：
根据第一参考激光束的光斑位置信息和预先设定的第一参考激光束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；或者
根据第二参考激光束的光斑位置信息和预先设定的第二参考激光束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。
6.如权利要求2所述的方法，其中，所述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轴的偏转角包括：
计算所述四边形的各边边长，并利用所述各边边长计算出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。
7.一种用于空间光学相机的无地面控制点定位装置，其特征在于，所述装置包括：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y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；
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；
XY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，并根据测量惯性测量单元坐标系z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，三个所述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。
8.如权利要求7所述的装置，其中，所述惯性参考激光单元包括：
基座；
两个激光输出组件，为第一激光源和第二激光源，与基座刚性连接，用于产生相互不平行的第一参考激光束和第二参考激光束；
多个惯性传感器，与基座刚性连接，用于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。
9.如权利要求8所述的装置，其中，所述惯性传感器基于惯性测量单元中的测量基准三维坐标系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；
且所述惯性测量单元包括：惯性参考激光单元、星敏感器以及标校单元；
标校单元，用于利用星敏感器对所述测量基准三维坐标系进行在轨标校。
10.如权利要求7或8或9所述的装置，其中，该Z运算单元包括：
边长运算单元，用于计算所述四边形的各边边长；
Z叠加运算单元，用于利用所述各边边长计算出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，并根据惯性测量单元坐标系z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。
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|---|---|
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106095138A (zh) * | 2016-05-31 | 2016-11-09 | 淮安信息职业技术学院 | 一种x形光斑的交点定位方法 |
| CN106153074A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-11-23 | 浙江大学 | 一种惯性测量组合动态导航性能的光学标定系统和方法 |
| CN110987377A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-10 | 中国空间技术研究院 | 空间光学相机的光轴角度测量方法 |
| CN111024068A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-17 | 中国空间技术研究院 | 一种空间光学相机的无地面控制点成像方法 |
| CN111093015A (zh) * | 2019-12-09 | 2020-05-01 | 中国空间技术研究院 | 一种静止轨道高分辨率监视成像卫星系统及方法 |
| CN112461508A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-03-09 | 北京空间机电研究所 | 一种基于惯性参考单元的相机视轴扰动测量设备及方法 |
| CN113252074A (zh) * | 2021-05-12 | 2021-08-13 | 中国科学院微小卫星创新研究院 | 一种基于双波束激光实时测量的星敏感器标定方法 |
| CN114088060A (zh) * | 2020-08-24 | 2022-02-25 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种用于光学遥感卫星指向测量的星地相机成像系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101339244A (zh) * | 2008-08-01 | 2009-01-07 | 北京航空航天大学 | 一种机载sar图像自动目标定位方法 |
| US20100033370A1 (en) * | 2003-12-02 | 2010-02-11 | Gmv Aerospace And Defence, S.A. | Gnss navigation solution integrity in non-controlled environments |
| US20120203456A1 (en) * | 2009-10-22 | 2012-08-09 | Christian Lignon | Method and device for long-duration navigation |
| CN104251994A (zh) * | 2014-09-11 | 2014-12-31 | 上海卫星工程研究所 | 长基线激光测距实现无控制点卫星精确定位系统及方法 |
-
2015
- 2015-07-07 CN CN201510394011.7A patent/CN105157700A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100033370A1 (en) * | 2003-12-02 | 2010-02-11 | Gmv Aerospace And Defence, S.A. | Gnss navigation solution integrity in non-controlled environments |
| CN101339244A (zh) * | 2008-08-01 | 2009-01-07 | 北京航空航天大学 | 一种机载sar图像自动目标定位方法 |
| US20120203456A1 (en) * | 2009-10-22 | 2012-08-09 | Christian Lignon | Method and device for long-duration navigation |
| CN104251994A (zh) * | 2014-09-11 | 2014-12-31 | 上海卫星工程研究所 | 长基线激光测距实现无控制点卫星精确定位系统及方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| MATHIAS SCHNEIDER，等: ""Matching of high-resolution optical data to a shaded DEM"", 《GEOSCIENCE & REMOTE SENSING SYMPOSIUM》 * |
| 贺宏: ""DEM辅助无地面控制点卫星影像定位技术研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 * |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106095138A (zh) * | 2016-05-31 | 2016-11-09 | 淮安信息职业技术学院 | 一种x形光斑的交点定位方法 |
| CN106095138B (zh) * | 2016-05-31 | 2019-09-27 | 淮安信息职业技术学院 | 一种x形光斑的交点定位方法 |
| CN106153074A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-11-23 | 浙江大学 | 一种惯性测量组合动态导航性能的光学标定系统和方法 |
| CN111093015A (zh) * | 2019-12-09 | 2020-05-01 | 中国空间技术研究院 | 一种静止轨道高分辨率监视成像卫星系统及方法 |
| CN110987377A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-10 | 中国空间技术研究院 | 空间光学相机的光轴角度测量方法 |
| CN111024068A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-17 | 中国空间技术研究院 | 一种空间光学相机的无地面控制点成像方法 |
| CN114088060A (zh) * | 2020-08-24 | 2022-02-25 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种用于光学遥感卫星指向测量的星地相机成像系统 |
| CN114088060B (zh) * | 2020-08-24 | 2024-04-30 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种用于光学遥感卫星指向测量的星地相机成像系统 |
| CN112461508A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-03-09 | 北京空间机电研究所 | 一种基于惯性参考单元的相机视轴扰动测量设备及方法 |
| CN113252074A (zh) * | 2021-05-12 | 2021-08-13 | 中国科学院微小卫星创新研究院 | 一种基于双波束激光实时测量的星敏感器标定方法 |
| CN113252074B (zh) * | 2021-05-12 | 2023-04-07 | 中国科学院微小卫星创新研究院 | 一种基于双波束激光实时测量的星敏感器标定方法 |
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