CN109696179B - 一种遥感卫星星敏感器热弹性误差估计方法 - Google Patents

一种遥感卫星星敏感器热弹性误差估计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种遥感卫星星敏感器热弹性误差估计方法，包括步骤：一、建立包含星敏感器热弹性误差的星敏感器测量模型；二、通过步骤一中星敏感器测量模型将载荷观测所获得的卫星本体坐标系下的卫星质心到地标的单位方向矢量转换到惯性坐标系中；三、利用卫星上GPS数据以及地标的地理数据结合坐标系转换获得惯性坐标系下的卫星质心到地标的单位方向矢量，与步骤二中含有星敏测量模型的惯性系下的卫星质心到地标的单位方向矢量建立等式关系，通过载荷的多次测量获得星敏感器测量模型，并估计出星敏感器热弹性误差。

Description

一种遥感卫星星敏感器热弹性误差估计方法
技术领域
本发明涉及卫星领域，具体涉及一种遥感卫星星敏感器热弹性误差估计方法。
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，利用遥感图像信息实现对遥感卫星上星敏感器的热弹性误差估计，提高星敏感器的测量精度。
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
为了估计由于热影响的星敏感器的热弹性误差，本发明提出了一种遥感卫星星敏感器热弹性误差估计方法，利用本发明，可以提高星敏感器的测量精度。
为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种遥感卫星星敏感器热弹性误差估计方法，包括如下步骤：
步骤一、建立包含星敏感器热弹性误差的星敏感器测量模型；
步骤二、通过步骤一中星敏感器测量模型将载荷观测所获得的卫星本体坐标系下的卫星质心到地标的单位方向矢量转换到惯性坐标系中；
步骤三、利用卫星上GPS数据以及地标的地理数据结合坐标系转换获得惯性坐标系下的卫星质心到地标的单位方向矢量，与步骤二中含有星敏测量模型的惯性系下的卫星质心到地标的单位方向矢量建立等式关系，通过载荷的多次测量获得星敏感器测量模型，并估计出星敏感器热弹性误差。
采取上述的技术方案，可获得遥感卫星星敏感器的热弹性误差，利用遥感观测数据有效提高星敏感器测量精度。提高对地遥感的应用能力。
具体实施方式
一种遥感卫星星敏感器热弹性误差估计方法,其特征在于，该方法包括如下的步骤：
所述步骤一，建立包含星敏感器热弹性误差的星敏感器测量模型，具体步骤如下：
步骤1-1，建立星敏感器热弹性误差模型，如下：
Figure BDA0001866435210000021
其中ω表示卫星的角速度，t表示时间，常数fi0表示常值误差，Aφi，Aθi，
Figure BDA0001866435210000022
为由热变形引起的周期变化的幅值。φh，θh，ψh为三轴姿态随轨道周期引起的热变化所产生的角度变化量。
步骤1-2、将步骤3-1中的星敏感器热弹性误差模型加入星敏感器测量模型
Figure BDA0001866435210000023
中；
Figure BDA0001866435210000024
其中Cs为星敏感器敏感器输出角度所构建的3×3矩阵，Ch为星敏感器热弹性误差角度所构建的3×3矩阵。
步骤1-3、建立卫星本体坐标系相对惯性系的姿态转换矩阵，如下：
Figure BDA0001866435210000031
其中
Figure BDA0001866435210000032
为卫星本体坐标系相对惯性系的姿态转换矩阵，
Figure BDA0001866435210000033
为卫星本体到星敏感器的转换矩阵，
Figure BDA0001866435210000034
为星敏感器测量矩阵。
所述步骤二、通过步骤一中星敏感器测量模型将载荷观测所获得的卫星本体坐标系下的卫星质心到地标的单位方向矢量转换到惯性坐标系中，具体步骤如下：
步骤2-1、地标信息在像平面上的像素坐标为[u,v],像元尺寸为dx×dy，焦距为f。利用载荷像平面上的测量数据获得在载荷本体坐标系下载荷指向地标的单位方向矢量如下：
Figure BDA0001866435210000035
步骤2-2、将载荷本体坐标系下载荷指向地标的单位方向矢量转换至卫星惯性坐标系下：
Figure BDA0001866435210000036
其中
Figure BDA0001866435210000037
为载荷本体坐标系向卫星本体坐标系之间的转换矩阵，
Figure BDA0001866435210000038
为卫星本体坐标系向惯性坐标系之间的转换矩阵。
所述步骤三、利用卫星上GPS数据以及地标的地理数据结合坐标系转换获得惯性坐标系下的卫星质心到地标的单位方向矢量，与步骤二中含有星敏测量模型的惯性系下的卫星质心到地标的单位方向矢量建立等式关系，通过载荷的多次测量获得星敏感器测量模型，并估计出星敏感器热弹性误差，具体步骤如下：
步骤3-1、利用卫星上GPS数据以及地标的地理数据结合坐标系转换获得惯性坐标系下的卫星质心到地标的单位方向矢量：
利用GPS接收机获取卫星在惯性空间中的位置信息[xsi ysi zsi]，利用载荷观测地面信息，并根据地面图像匹配，获得地面标志点在地理坐标系中的位置信息[xme yme zme]，将地面标志点在地理坐标系中的位置信息转换至惯性坐标系中表示为[xmi ymi zmi]；
Figure BDA0001866435210000041
其中
Figure BDA0001866435210000042
为地理坐标系到惯性坐标系之间的转换矩阵。
获取惯性空间坐标系中表示的卫星质心到地标的单位方向矢量
Figure BDA0001866435210000043
步骤3-2、与含有星敏测量模型的惯性系下的卫星质心到地标的单位方向矢量建立等式关系，通过载荷的多次测量获得星敏感器测量模型，并估计出星敏感器热弹性误差。
Figure BDA0001866435210000044
在公式(8)中，f，
Figure BDA0001866435210000045
为已知值，udx，vdy为直接测量值，Cs、xsi、ysi、zsi为直接测量值，xmi、ymi、zmi为间接测量值。利用载荷的多次测量数据可获取星敏感器热弹性误差Ch。

Claims (4)

1.一种遥感卫星星敏感器热弹性误差估计方法，其特征在于，包括如下的步骤：
步骤一、建立包含星敏感器热弹性误差的星敏感器测量模型，所述星敏感器测量模型包含星敏感器热弹性误差；
步骤二、通过步骤一中星敏感器测量模型将载荷观测所获得的卫星本体坐标系下的卫星质心到地标的单位方向矢量转换到惯性坐标系中；
步骤三、利用卫星上GPS数据以及地标的地理数据结合坐标系转换获得惯性坐标系下的卫星质心到地标的单位方向矢量，与步骤二中含有星敏测量模型的惯性系下的卫星质心到地标的单位方向矢量建立等式关系，通过载荷的多次测量获得星敏感器测量模型，并估计出星敏感器热弹性误差。
2.如权利要求1所述的一种遥感卫星星敏感器热弹性误差估计方法，其特征在于：所述步骤一，建立包含星敏感器热弹性误差的星敏感器测量模型，具体步骤如下：
步骤1-1，建立星敏感器热弹性误差模型，如下：
Figure FDA0003731195000000011
其中ω表示卫星的角速度，t表示时间，常数fi0表示常值误差，Aφi，Aθi，Aψi为由热变形引起的周期变化的幅值，φh，θh，ψh为三轴姿态随轨道周期引起的热变化所产生的角度变化量；
步骤1-2、将步骤1-1中的星敏感器热弹性误差模型加入星敏感器测量模型
Figure FDA0003731195000000021
中；
Figure FDA0003731195000000022
其中Cs为星敏感器输出角度所构建的3×3矩阵，Ch为星敏感器热弹性误差角度所构建的3×3矩阵；
步骤1-3、建立卫星本体坐标系相对惯性系的姿态转换矩阵，如下：
Figure FDA0003731195000000023
其中
Figure FDA0003731195000000024
为卫星本体坐标系相对惯性系的姿态转换矩阵，
Figure FDA0003731195000000025
为卫星本体到星敏感器的转换矩阵，
Figure FDA0003731195000000026
为星敏感器测量矩阵。
3.如权利要求1所述的一种遥感卫星星敏感器热弹性误差估计方法，其特征在于：所述步骤二具体步骤如下：
步骤2-1、地标信息在像平面上的像素坐标为[u,v]，像元尺寸为dx×dy，焦距为f；利用载荷像平面上的测量数据获得在载荷本体坐标系下载荷指向地标的单位方向矢量如下：
Figure FDA0003731195000000027
步骤2-2、将载荷本体坐标系下载荷指向地标的单位方向矢量转换至卫星惯性坐标系下：
Figure FDA0003731195000000028
其中
Figure FDA0003731195000000029
为载荷本体坐标系向卫星本体坐标系之间的转换矩阵，
Figure FDA00037311950000000210
为卫星本体坐标系向惯性坐标系之间的转换矩阵。
4.如权利要求1所述的一种遥感卫星星敏感器热弹性误差估计方法，其特征在于：所述步骤三具体步骤如下：
步骤3-1、利用卫星上GPS数据以及地标的地理数据结合坐标系转换获得惯性坐标系下的卫星质心到地标的单位方向矢量：
利用GPS接收机获取卫星在惯性空间中的位置信息[xsi ysi zsi]，利用载荷观测地面信息，并根据地面图像匹配，获得地面标志点在地理坐标系中的位置信息[xme yme zme]，将地面标志点在地理坐标系中的位置信息转换至惯性坐标系中表示为[xmi ymi zmi]；
Figure FDA0003731195000000031
其中
Figure FDA0003731195000000032
为地理坐标系到惯性坐标系之间的转换矩阵；
获取惯性空间坐标系中表示的卫星质心到地标的单位方向矢量
Figure FDA0003731195000000033
步骤3-2、与含有星敏测量模型的惯性系下的卫星质心到地标的单位方向矢量建立等式关系，通过载荷的多次测量获得星敏感器测量模型，并估计出星敏感器热弹性误差；
Figure FDA0003731195000000034
在公式(8)中，f，
Figure FDA0003731195000000035
为已知值，udx，vdy为直接测量值，xsi、ysi、zsi为直接测量值，xmi、ymi、zmi为间接测量值，利用载荷的多次测量数据可获取星敏感器热弹性误差Ch。
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