CN107870341B - 一种基于两个标志点矢量信息的卫星自主定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于两个标志点矢量信息的卫星自主定位方法，包含如下步骤：S1，通过卫星所携带光学载荷获取两个地面标志点方向矢量观测信息；S2，建立两个地面标志点方向矢量观测信息与卫星位置之间的等式关系；S3，对所述的步骤S2中的等式关系进行求解，获取卫星位置信息。本发明能够解决以往遥感卫星主要依赖GPS定位，当GPS信号受到干扰时，无法导航的问题，空间遥感卫星的自主导航提供了技术支撑。

Description

一种基于两个标志点矢量信息的卫星自主定位方法

技术领域

本发明涉及定位方法，特别涉及一种基于两个标志点矢量信息的卫星自主定位方法。

背景技术

随着遥感卫星技术的日益发展，遥感卫星的数量逐渐增多，遥感卫星的对地分辨率以及遥感卫星的性能快速提升，以及地面控制点数量和精度的提升，利用遥感图像信息结合卫星标配星敏感器信息实现对遥感卫星自身定位，具备全自主、抗干扰、集成化的种种优点。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于两个标志点矢量信息的卫星自主定位方法，解决了以往遥感卫星主要依赖GPS定位，当GPS信号受到干扰时，无法导航的问题，空间遥感卫星的自主导航提供了技术支撑。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于两个标志点矢量信息的卫星自主定位方法，其特点是，包含如下步骤：

S1，通过卫星所携带光学载荷获取两个地面标志点方向矢量观测信息；

S2，建立两个地面标志点方向矢量观测信息与卫星位置之间的等式关系；

S3，对所述的步骤S2中的等式关系进行求解，获取卫星位置信息。

所述的步骤S1进一步包含如下步骤：

S1.1，建立载荷探测器坐标系D_C以及卫星本体坐标系D_b；

S1.2，第一地面标志点对应在载荷像平面上的坐标为(x₁,y₁)，其载荷焦距为f₁，在载荷探测器坐标系D_C中，方位角β₁以及高低角α₁计算如下：

S1.3，第二地面标志点对应在载荷像平面上的坐标为(x₂,y₂)，其载荷焦距为f₁，在载荷探测器坐标系D_C中，方位角β₂以及高低角α₂计算如下：

所述的步骤S2进一步包含如下步骤：

S2.1，令第一地面标志点在地心固联坐标系中的位置信息为(X_标志1,Y_标志1,Z_标志1)，令卫星在地心惯性坐标系中的位置信息为(x，y，z)，将第一地面标志点位置信息以及卫星位置信息统一至地心惯性坐标系下；

S2.2，方位角β₁以及高低角α₁计算如下：

其中R_{惯性-地心固联}为地心固联坐标系向惯性坐标系之间的转换

矩阵；

S2.3，令第二地面标志点在地心固联坐标系中的位置信息为(X_标志2,Y_标志2,Z_标志2)，令卫星在地心惯性坐标系中的位置信息为(x，y，z)，将第二地面标志点位置信息以及卫星位置信息统一至地心惯性坐标系下；

S2.4，方位角β₂以及高低角α₂计算如下：

其中R_{惯性-地心固联}为地心固联坐标系向惯性坐标系之间的转换矩阵。

所述步骤S3进一步包括如下步骤：

S3.1，联立等式(1)与(3)，可得：

在等式(5)中，f₁、(X_标志1,Y_标志1,Z_标志1)、(x₁,y₁)以及R_{惯性-地心固联}均为已知量，未知量为(x，y，z)；

S3.2，联立等式(2)与(4)，可得：

在等式(6)中，f₁、(X_标志2,Y_标志2,Z_标志2)、(x₂,y₂)以及R_{惯性-地心固联}均为已知量，未知量为(x，y，z)；

联合等式(5)与等式(6)，可求解共同未知量卫星的位置信息(x，y，z)。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、利用光学载荷获取地面标志点相对于卫星的方向矢量信息，并作为量测量。据此建立地面标志点矢量解算方程组，结合标志点坐标，可获得待求卫星定位数据，为空间遥感卫星的自主导航提供了技术支撑。

2、解决了以往遥感卫星主要依赖GPS定位，当GPS信号受到干扰时，无法导航的问题，空间遥感卫星的自主导航提供了技术支撑。

附图说明

图1为本发明一种基于两个标志点矢量信息的卫星自主定位方法的流程图；

图2为本发明在载荷探测器坐标系下地面标志点方向矢量信息观测图；

图3为本发明在卫星本体坐标系下地面标志点方向矢量信息观测图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1、2和3所示，一种基于两个标志点矢量信息的卫星自主定位方法，包含如下步骤：

S1，通过卫星所携带光学载荷获取两个地面标志点方向矢量观测信息；

S2，建立两个地面标志点方向矢量观测信息与卫星位置之间的等式关系；

S3，对所述的步骤S2中的等式关系进行求解，获取卫星位置信息。

所述的步骤S1进一步包含如下步骤：

S1.1，建立载荷探测器坐标系D_C以及卫星本体坐标系D_b；

S1.2，第一地面标志点对应在载荷像平面上的坐标为(x₁,y₁)，其载荷焦距为f₁，在载荷探测器坐标系D_C中，方位角β₁以及高低角α₁计算如下：

S1.3，第二地面标志点对应在载荷像平面上的坐标为(x₂,y₂)，其载荷焦距为f₁，在载荷探测器坐标系D_C中，方位角β₂以及高低角α₂计算如下：

所述的步骤S2进一步包含如下步骤：

S2.1，令第一地面标志点在地心固联坐标系中的位置信息为(X_标志1,Y_标志1,Z_标志1)，令卫星在地心惯性坐标系中的位置信息为(x，y，z)，将第一地面标志点位置信息以及卫星位置信息统一至地心惯性坐标系下；

S2.2，方位角β₁以及高低角α₁计算如下：

其中R_{惯性-地心固联}为地心固联坐标系向惯性坐标系之间的转换矩阵；

S2.3，令第二地面标志点在地心固联坐标系中的位置信息为(X_标志2,Y_标志2,Z_标志2)，令卫星在地心惯性坐标系中的位置信息为(x，y，z)，将第二地面标志点位置信息以及卫星位置信息统一至地心惯性坐标系下；

S2.4，方位角β₂以及高低角α₂计算如下：

其中R_{惯性-地心固联}为地心固联坐标系向惯性坐标系之间的转换矩阵。

所述步骤S3进一步包括如下步骤：

S3.1，联立等式(1)与(3)，可得：

在等式(5)中，f₁、(X_标志1,Y_标志1,Z_标志1)、(x₁,y₁)以及R_{惯性-地心固联}均为已知量，未知量为(x，y，z)；两个方程3个未知数。

S3.2，联立等式(2)与(4)，可得：

在等式(6)中，f₁、(X_标志2,Y_标志2,Z_标志2)、(x₂,y₂)以及R_{惯性-地心固联}均为已知量，未知量为(x，y，z)，两个方程3个未知数。

联合等式(5)与等式(6)，可求解共同未知量卫星的位置信息(x，y，z)。

综上所述，本发明一种基于两个标志点矢量信息的卫星自主定位方法，解决了以往遥感卫星主要依赖GPS定位，当GPS信号受到干扰时，无法导航的问题，空间遥感卫星的自主导航提供了技术支撑。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (2)

1.一种基于两个标志点矢量信息的卫星自主定位方法，其特征在于，包含如下步骤：

S1，通过卫星所携带光学载荷获取两个地面标志点方向矢量观测信息；

S2，建立两个地面标志点方向矢量观测信息与卫星位置之间的等式关系；

S3，对所述的步骤S2中的等式关系进行求解，获取卫星位置信息；所述的步骤S1进一步包含如下步骤：

S1.1，建立载荷探测器坐标系D_C以及卫星本体坐标系D_b；

S1.2，第一地面标志点对应在载荷像平面上的坐标为(x₁,y₁)，其载荷焦距为f₁，在载荷探测器坐标系D_C中，方位角β₁以及高低角α₁计算如下：

S1.3，第二地面标志点对应在载荷像平面上的坐标为(x₂,y₂)，其载荷焦距为f₁，在载荷探测器坐标系D_C中，方位角β₂以及高低角α₂计算如下：

所述的步骤S2进一步包含如下步骤：

S2.1，令第一地面标志点在地心固联坐标系中的位置信息为(X_标志1,Y_标志1,Z_标志1)，令卫星在地心惯性坐标系中的位置信息为(x，y，z)，将第一地面标志点位置信息以及卫星位置信息统一至地心惯性坐标系下；

S2.2，方位角β₁以及高低角α₁计算如下：

其中R_{惯性-地心固联}为地心固联坐标系向惯性坐标系之间的转换矩阵；

S2.3，令第二地面标志点在地心固联坐标系中的位置信息为(X_标志2,Y_标志2,Z_标志2)，令卫星在地心惯性坐标系中的位置信息为(x，y，z)，将第二地面标志点位置信息以及卫星位置信息统一至地心惯性坐标系下；

S2.4，方位角β₂以及高低角α₂计算如下：

其中R_{惯性-地心固联}为地心固联坐标系向惯性坐标系之间的转换矩阵。

2.如权利要求1所述的基于两个标志点矢量信息的卫星自主定位方法，其特征在于：所述步骤S3进一步包括如下步骤：

S3.1，联立等式(1)与(3)，可得：

在等式(5)中，f₁、(X_标志1,Y_标志1,Z_标志1)、(x₁,y₁)以及R_{惯性-地心固联}均为已知量，未知量为(x，y，z)；

S3.2，联立等式(2)与(4)，可得：

在等式(6)中，f₁、(X_标志2,Y_标志2,Z_标志2)、(x₂,y₂)以及R_{惯性-地心固联}均为已知量，未知量为(x，y，z)；

联合等式(5)与等式(6)，可求解共同未知量卫星的位置信息(x，y，z)。

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