CN111561935B - 旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法及系统，所述旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法包括：基于旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路进行误差的特性分析与参数的辨识；基于误差与参数构建旋转大幅宽光学卫星广义几何定标模型；基于光学卫星广义几何定标模型，对所述旋转大幅宽光学卫星外部定标参数进行建模，计算旋转大幅宽光学卫星外部定标参数的精确值；根据所述外部定标参数的精确值，计算旋转大幅宽光学卫星相机载荷的内部定标参数的精确值。

Description

旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法及系统

技术领域

本发明涉及光学遥感卫星技术领域，特别涉及一种旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法及系统。

背景技术

光学遥感卫星是当前对地观测技术的重要组成部分，随着空间技术发展以及应用需求的多元化，其成像模式也变得越来越多样化。面对日益增长的区域大范围高时效对地观测需求，旋转对地成像逐渐成为一种新型模式并逐步得到研究与发展。在轨几何定标是光学遥感卫星预处理的关键和基础。卫星发射前地面会对星上载荷参数进行严格的实验室检校，受卫星发射以及运行过程中空间环境变化等因素的影响，星上载荷结构和状态将会发生改变，进一步导致实验室检校参数与在轨后真实参数存在较大的误差，会直接影响获取影像数据精准处理以及后续实际应用。另外，不同于以往常规载荷成像机理与特性，旋转大幅宽光学卫星成像过程中全链路涉及光学载荷(摆镜机构、快速反射补偿镜、探测器转动机构)、转台、GPS/北斗接收机、时间同步系统、星敏感器、低频机械陀螺与光纤陀螺以及高频激光陀螺等，导致成像误差源复杂且难以解耦与标定建模，如何对内部存在的误差特性参数进行准确辨识与在轨精准标定是本发明亟需解决的关键技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法及系统，以解决现有的旋转大幅宽光学卫星几何成像模型复杂且多种误差源耦合、相关性强的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法，所述旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法包括：

基于旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路进行误差的特性分析与参数的辨识；

基于误差与参数构建旋转大幅宽光学卫星广义几何定标模型；

基于光学卫星广义几何定标模型，对所述旋转大幅宽光学卫星外部定标参数进行建模，计算旋转大幅宽光学卫星外部定标参数的精确值；

根据所述外部定标参数的精确值，计算旋转大幅宽光学卫星相机载荷的内部定标参数的精确值。

可选的，在所述的旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法中，所述旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路设备包括光学载荷、转台、GPS/北斗接收机、时间同步系统、星敏感器、低频机械陀螺、光纤陀螺，以及高频激光陀螺；其中：所述光学载荷包括摆镜机构、快速反射补偿镜、探测器转动机构；

所述旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路过程包括光学相机观测、轨道观测、指向观测、时间同步及观测条件同步。

可选的，在所述的旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法中，基于旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路进行误差的特性分析与参数的辨识包括：

确定所述旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路过程的运动特性，所述旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路过程的运动特性由相机载荷旋转、卫星轨道运动与地球自转叠加值，以及震颤扰动复合而成；

根据所述旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路过程的运动特性确定误差源，所述旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路过程的误差源包括GPS定位误差、指向测量机构误差、相机载荷内部误差、GPS接收机天线与相机摄影中心偏心误差、载荷安装误差，以及时间同步误差；

通过误差的等效性分析，对所述误差源进行归一化，对不同档位对应的广义安装误差角以及相机载荷内部参数进行辨识。

可选的，在所述的旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法中，基于误差与参数构建旋转大幅宽光学卫星广义几何定标模型包括：

对所述旋转大幅宽光学卫星建立面阵探元指向角模型，包括：对于相机焦平面内的任意一个成像探元p，成像光线Op在相机坐标系Oc-XcYcZc的XcOcZc平面内的投影线与Zc轴的夹角为ψ_x(沿着Xc轴正方向为正)，在YcOcZc平面内的投影线与Zc轴的夹角为ψ_y(沿着Yc轴正方向为正)，则(ψ_x,ψ_y)为成像探元p在相机坐标系下的探元指向角，单位为角度；

基于旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路过程，对各个误差与参数依据其特性规律进行合理的优化，包括合理的参数取舍、模型的近似与简化得到所述旋转大幅宽光学卫星广义几何定标模型：

式中，

表示相机载荷定标系数；(l,s)表示探元行列号；(ψ_x(l,s),ψ_y(l,s))表示CCD探元号(l,s)的指向角大小；R_cal表示全链路综合定标误差矩阵，R_cal通过在轨定标得到；

表示J2000到焦平面旋转矩阵；

表示WGS84到J2000旋转矩阵，

由国际地球自转服务组织提供；λ表示成像比例尺；t表示成像时刻；(X,Y,Z)表示像点对应物方坐标；(X_GPS(t),Y_GPS(t),Z_GPS(t))表示成像摄影中心坐标，(X_GPS(t),Y_GPS(t),Z_GPS(t))由GPS/北斗接收机定轨计算得到。

可选的，在所述的旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法中，对所述旋转大幅宽光学卫星外部定标参数进行建模，计算旋转大幅宽光学卫星外部定标参数的精确值包括：

所述旋转大幅宽光学卫星采取天底指向，转台旋转轴对地，转台保持正常工作转速，转台每旋转一周摆镜机构调整一档，摆镜机构共三个位置档位，旋转3圈后覆盖天底方向5～60°范围，完成旋转大幅宽光学卫星动中成像；

采用分位置档位的方法对所述外部定标参数进行计算与建模。

可选的，在所述的旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法中，对所述旋转大幅宽光学卫星外部定标参数进行建模，计算旋转大幅宽光学卫星外部定标参数的精确值还包括：

获取三个位置档位完整获取的多帧影像数据并处理，得到基于有理函数模型的标准影像产品，采用连接点匹配方法构建完整区域网，并加入少许稀疏控制点进行区域网平差处理，得到时空基准统一的影像数据作为虚拟检校场。

可选的，在所述的旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法中，对所述旋转大幅宽光学卫星外部定标参数进行建模，计算旋转大幅宽光学卫星外部定标参数的精确值还包括：

基于所述虚拟检校场对每帧影像数据进行虚拟控制点匹配，计算每个位置档位对应的外部定标参数，并进一步进行建模；

对于某单帧影像数据，基于虚拟检校场匹配获取N个高精度虚拟控制点，控制点在物方空间坐标系坐标为(X_i,Y_i,Z_i)，控制点在像平面坐标系中坐标为(s_i,l_i)，此处，i＝1,2,3,...,N；对公式(1)进行变换得到：

进一步推导得到：

其中，X_E表示外部定标参数，X_I表示内部定标参数，X_E及X_I的初值设置为实验室设计值

将内部定标参数的实验室设计值视为真值，对外部定标参数进行计算；

对公式(3)进行线性化建立外部定标参数的误差方程：

其中，V_i表示残差向量；L_i表示常数向量；A_i表示误差方程式的系数矩阵；X表示外部定标参数改正值；P_i表示观测值的权；

进一步计算法方程系数矩阵，根据最小二乘平差模型估计参数X：

对上述过程进行反复迭代计算得到某单帧影像数据对应的外部定标参数的精确值，依次类推计算每个位置档位对应的每帧影像数据外部定标参数的精确值；

进一步对不同位置档位序列外部定标参数的精确值进行拟合，得到以位置档位和转动角为自变量的数学模型，即：

式中，R_cal(ψ)、R_cal(ω)、R_cal(κ)分别表示三个方向的外部安装参数；a_ψ0、a_ψ1、a_ψ2、b_ω0、b_ω1、b_ω2、c_κ0、c_κ1、c_κ2表示模型系数；V,W分别表示位置档位和旋转角度；F表示拟合函数。

可选的，在所述的旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法中，计算旋转大幅宽光学卫星相机载荷内部定标参数的精确值包括：

获取定标场影像数据，将公式(5)得到的星下点档位对应的外部定标参数的精确值X_E视为真值，基于密集匹配得到的覆盖整个面阵CCD视场的控制点进行相机内部定标参数计算，包括：

基于公式(2)构建内部定标参数的误差方程：

式中，L_i表示计算得到的常数向量；B_i表示误差方程的系数矩阵；Y表示内部定标参数改正数dX_I；P_i表示观测值的权；

进一步计算法方程系数矩阵，根据最小二乘平差模型估计参数Y，具体表示如下：

对上述过程进行反复迭代计算得到内部定标参数的精确值，以完成旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定。

本发明还提供一种旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定系统，所述旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定系统包括误差分析模块、广义几何定标模型模块、外部定标参数计算模块及内部定标参数计算模块：

所述误差分析模块基于旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路进行误差的特性分析与参数的辨识；

所述广义几何定标模型模块基于误差与参数构建旋转大幅宽光学卫星广义几何定标模型；

所述外部定标参数计算模块基于光学卫星广义几何定标模型，对所述旋转大幅宽光学卫星外部定标参数进行建模，计算旋转大幅宽光学卫星外部定标参数的精确值；

所述内部定标参数计算模块根据所述外部定标参数的精确值，计算旋转大幅宽光学卫星相机载荷的内部定标参数的精确值。

在本发明提供的旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法及系统中，通过基于旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路进行误差的特性分析与参数的辨识，基于误差与参数构建旋转大幅宽光学卫星广义几何定标模型，基于光学卫星广义几何定标模型，对所述旋转大幅宽光学卫星外部定标参数进行建模，计算旋转大幅宽光学卫星外部定标参数的精确值，根据所述外部定标参数的精确值，计算旋转大幅宽光学卫星相机载荷的内部定标参数的精确值，实现了内部参数以及外部参数建模与标定计算，通过本发明提供的方法可以解决旋转大幅宽光学卫星精准处理、传感器校正所涉及误差特性参数辨识与高精度解算，为高分辨率光学卫星精准处理与后续应用奠定基础。

附图说明

图1～2是本发明一实施例的旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法示意图；

图3是本发明另一实施例的旋转大幅宽光学卫星相机探元指向角模型示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法及系统作进一步详细说明。根据下面说明和，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于提供一种旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法及系统，以解决现有的旋转大幅宽光学卫星几何成像模型复杂且多种误差源耦合、相关性强的问题。

为实现上述思想，本发明提供了一种旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法及系统，所述旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定系统包括误差分析模块、广义几何定标模型模块、外部定标参数计算模块及内部定标参数计算模块：所述误差分析模块基于旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路进行误差的特性分析与参数的辨识；所述广义几何定标模型模块基于误差与参数构建旋转大幅宽光学卫星广义几何定标模型；所述外部定标参数计算模块基于光学卫星广义几何定标模型，对所述旋转大幅宽光学卫星外部定标参数进行建模，计算旋转大幅宽光学卫星外部定标参数的精确值；所述内部定标参数计算模块根据所述外部定标参数的精确值，计算旋转大幅宽光学卫星相机载荷的内部定标参数的精确值。

<实施例一>

本实施例提供一种旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法，如图1所示，所述旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法包括：基于旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路进行误差的特性分析与参数的辨识；基于误差与参数构建旋转大幅宽光学卫星广义几何定标模型；基于光学卫星广义几何定标模型，对所述旋转大幅宽光学卫星外部定标参数进行建模，计算旋转大幅宽光学卫星外部定标参数的精确值；根据所述外部定标参数的精确值，计算旋转大幅宽光学卫星相机载荷的内部定标参数的精确值。

在本发明的一个实施例中，在所述的旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法中，所述旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路设备包括光学载荷、转台、GPS/北斗接收机、时间同步系统、星敏感器、低频机械陀螺、光纤陀螺，以及高频激光陀螺；其中：所述光学载荷包括摆镜机构、快速反射补偿镜、探测器转动机构；所述旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路过程包括光学相机观测、轨道观测、指向观测、时间同步及观测条件同步。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，在所述的旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法中，基于旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路进行误差的特性分析与参数的辨识包括：确定所述旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路过程的运动特性，所述旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路过程的运动特性由相机载荷旋转、卫星轨道运动与地球自转叠加值，以及震颤扰动复合而成；根据所述旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路过程的运动特性确定误差源，所述旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路过程的误差源包括GPS定位误差、指向测量机构误差、相机载荷内部误差、GPS接收机天线与相机摄影中心偏心误差、载荷安装误差，以及时间同步误差；通过误差的等效性分析，对所述误差源进行归一化，对不同档位对应的广义安装误差角以及相机载荷内部参数进行辨识。

在本发明的一个实施例中，在所述的旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法中，基于误差与参数构建旋转大幅宽光学卫星广义几何定标模型包括：对所述旋转大幅宽光学卫星建立面阵探元指向角模型，如图3所示，包括：对于相机焦平面内的任意一个成像探元p，成像光线Op在相机坐标系Oc-XcYcZc的XcOcZc平面内的投影线与Zc轴的夹角为ψ_x(沿着Xc轴正方向为正)，在YcOcZc平面内的投影线与Zc轴的夹角为ψ_y(沿着Yc轴正方向为正)，则(ψ_x,ψ_y)为成像探元p在相机坐标系下的探元指向角，单位为角度；基于旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路过程，对各个误差与参数依据其特性规律进行合理的优化，包括合理的参数取舍、模型的近似与简化得到所述旋转大幅宽光学卫星广义几何定标模型：

式中，

表示相机载荷定标系数；(l,s)表示探元行列号；(ψ_x(l,s),ψ_y(l,s))表示CCD探元号(l,s)的指向角大小；R_cal表示全链路综合定标误差矩阵，R_cal通过在轨定标得到；

表示J2000到焦平面旋转矩阵；

表示WGS84到J2000旋转矩阵，

由国际地球自转服务组织提供；λ表示成像比例尺；t表示成像时刻；(X,Y,Z)表示像点对应物方坐标；(X_GPS(t),Y_GPS(t),Z_GPS(t))表示成像摄影中心坐标，(X_GPS(t),Y_GPS(t),Z_GPS(t))由GPS/北斗接收机定轨计算得到。

在本发明的一个实施例中，在所述的旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法中，对所述旋转大幅宽光学卫星外部定标参数进行建模，计算旋转大幅宽光学卫星外部定标参数的精确值包括：所述旋转大幅宽光学卫星采取天底指向，转台旋转轴对地，转台保持正常工作转速，转台每旋转一周摆镜机构调整一档，摆镜机构共三个位置档位，旋转3圈后覆盖天底方向5～60°范围，完成旋转大幅宽光学卫星动中成像，包括定标场影像数据及星下点档位数据，以及全挡位数据；采用分位置档位的方法对所述外部定标参数进行计算与建模。

在本发明的一个实施例中，在所述的旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法中，对所述旋转大幅宽光学卫星外部定标参数进行建模，计算旋转大幅宽光学卫星外部定标参数的精确值还包括：获取三个位置档位完整获取的多帧影像数据并处理，得到基于有理函数模型的标准影像产品，采用连接点匹配方法构建完整区域网，并加入少许稀疏控制点进行区域网平差处理，得到时空基准统一的影像数据作为虚拟检校场。

在本发明的一个实施例中，在所述的旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法中，对所述旋转大幅宽光学卫星外部定标参数进行建模，计算旋转大幅宽光学卫星外部定标参数的精确值还包括：基于所述虚拟检校场对每帧影像数据进行虚拟控制点匹配，计算每个位置档位对应的外部定标参数，并进一步进行建模；对于某单帧影像数据，基于虚拟检校场匹配获取N个高精度虚拟控制点，控制点在物方空间坐标系坐标为(X_i,Y_i,Z_i)，控制点在像平面坐标系中坐标为(s_i,l_i)，此处，i＝1,2,3,...,N；对公式(1)进行变换得到：

进一步推导得到：

其中，X_E表示外部定标参数，X_I表示内部定标参数，X_E及X_I的初值设置为实验室设计值

将内部定标参数的实验室设计值视为真值，对外部定标参数进行计算；

对公式(3)进行线性化建立外部定标参数的误差方程：

其中，V_i表示残差向量；L_i表示常数向量；A_i表示误差方程式的系数矩阵；X表示外部定标参数改正值；P_i表示观测值的权；

进一步计算法方程系数矩阵，根据最小二乘平差模型估计参数X：

对上述过程进行反复迭代计算得到某单帧影像数据对应的外部定标参数的精确值，依次类推计算每个位置档位对应的每帧影像数据外部定标参数的精确值；

进一步对不同位置档位序列外部定标参数的精确值进行拟合计算，得到以位置档位和转动角为自变量的数学模型，实现外部定标参数建模，即：

式中，R_cal(ψ)、R_cal(ω)、R_cal(κ)分别表示三个方向的外部安装参数；a_ψ0、a_ψ1、a_ψ2、b_ω0、b_ω1、b_ω2、c_κ0、c_κ1、c_κ2表示模型系数；V,W分别表示位置档位和旋转角度；F表示拟合函数。

在本发明的一个实施例中，在所述的旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法中，计算旋转大幅宽光学卫星相机载荷内部定标参数的精确值包括：获取定标场影像数据，将公式(5)得到的星下点档位对应的外部定标参数的精确值X_E视为真值，基于密集匹配得到的覆盖整个面阵CCD视场的控制点进行相机内部定标参数计算，包括：

基于公式(2)构建内部定标参数的误差方程：

式中，L_i表示计算得到的常数向量；B_i表示误差方程的系数矩阵；Y表示内部定标参数改正数dX_I；P_i表示观测值的权；

进一步计算法方程系数矩阵，根据最小二乘平差模型估计参数Y，具体表示如下：

对上述过程进行反复迭代计算得到内部定标参数的精确值，以完成旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定。

综上，上述实施例对旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法及系统的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

<实施例二>

本实施例提供一种旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定系统，所述旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定系统包括误差分析模块、广义几何定标模型模块、外部定标参数计算模块及内部定标参数计算模块：所述误差分析模块基于旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路进行误差的特性分析与参数的辨识；所述广义几何定标模型模块基于误差与参数构建旋转大幅宽光学卫星广义几何定标模型；所述外部定标参数计算模块基于光学卫星广义几何定标模型，对所述旋转大幅宽光学卫星外部定标参数进行建模，计算旋转大幅宽光学卫星外部定标参数的精确值；所述内部定标参数计算模块根据所述外部定标参数的精确值，计算旋转大幅宽光学卫星相机载荷的内部定标参数的精确值。

在本发明提供的旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法及系统中，通过基于旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路进行误差的特性分析与参数的辨识，基于误差与参数构建旋转大幅宽光学卫星广义几何定标模型，基于光学卫星广义几何定标模型，对所述旋转大幅宽光学卫星外部定标参数进行建模，计算旋转大幅宽光学卫星外部定标参数的精确值，根据所述外部定标参数的精确值，计算旋转大幅宽光学卫星相机载荷的内部定标参数的精确值，实现了内部参数以及外部参数建模与标定计算，通过本发明提供的方法可以解决旋转大幅宽光学卫星精准处理、传感器校正所涉及误差特性参数辨识与高精度解算，为高分辨率光学卫星精准处理与后续应用奠定基础。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (8)

1.一种旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法，其特征在于，所述旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法包括：

基于旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路进行误差的特性分析与参数的辨识；

基于误差与参数构建旋转大幅宽光学卫星广义几何定标模型；

基于光学卫星广义几何定标模型，对所述旋转大幅宽光学卫星外部定标参数进行建模，计算旋转大幅宽光学卫星外部定标参数的精确值；

根据所述外部定标参数的精确值，计算旋转大幅宽光学卫星相机载荷的内部定标参数的精确值；

基于误差与参数构建旋转大幅宽光学卫星广义几何定标模型包括：

对所述旋转大幅宽光学卫星建立面阵探元指向角模型，包括：对于相机焦平面内的任意一个成像探元p，成像光线Op在相机坐标系Oc-XcYcZc的XcOcZc平面内的投影线与Zc轴的夹角为ψ_x，其中沿着Xc轴正方向为正，在YcOcZc平面内的投影线与Zc轴的夹角为ψ_y，其中沿着Yc轴正方向为正，则(ψ_x,ψ_y)为成像探元p在相机坐标系下的探元指向角，单位为角度；

基于旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路过程，对各个误差与参数依据其特性规律进行合理的优化，包括合理的参数取舍、模型的近似与简化得到所述旋转大幅宽光学卫星广义几何定标模型：

式中，

表示相机载荷定标系数；(l,s)表示探元行列号；(ψ_x(l,s),ψ_y(l,s))表示CCD探元号(l,s)的指向角大小；R_cal表示全链路综合定标误差矩阵，R_cal通过在轨定标得到；

表示J2000到焦平面旋转矩阵；

表示WGS84到J2000旋转矩阵，

由国际地球自转服务组织提供；λ表示成像比例尺；t表示成像时刻；(X,Y,Z)表示像点对应物方坐标；(X_GPS(t),Y_GPS(t),Z_GPS(t))表示成像摄影中心坐标，(X_GPS(t),Y_GPS(t),Z_GPS(t))由GPS/北斗接收机定轨计算得到。

2.如权利要求1所述的旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法，其特征在于，所述旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路设备包括光学载荷、转台、GPS/北斗接收机、时间同步系统、星敏感器、低频机械陀螺、光纤陀螺，以及高频激光陀螺；其中：所述光学载荷包括摆镜机构、快速反射补偿镜、探测器转动机构；

所述旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路过程包括光学相机观测、轨道观测、指向观测、时间同步及观测条件同步。

3.如权利要求2所述的旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法，其特征在于，基于旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路进行误差的特性分析与参数的辨识包括：

确定所述旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路过程的运动特性，所述旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路过程的运动特性由相机载荷旋转、卫星轨道运动与地球自转叠加值，以及震颤扰动复合而成；

根据所述旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路过程的运动特性确定误差源，所述旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路过程的误差源包括GPS定位误差、指向测量机构误差、相机载荷内部误差、GPS接收机天线与相机摄影中心偏心误差、载荷安装误差，以及时间同步误差；

通过误差的等效性分析，对所述误差源进行归一化，对不同档位对应的广义安装误差角以及相机载荷内部参数进行辨识。

4.如权利要求3所述的旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法，其特征在于，对所述旋转大幅宽光学卫星外部定标参数进行建模，计算旋转大幅宽光学卫星外部定标参数的精确值包括：

所述旋转大幅宽光学卫星采取天底指向，转台旋转轴对地，转台保持正常工作转速，转台每旋转一周摆镜机构调整一档，摆镜机构共三个位置档位，旋转3圈后覆盖天底方向5～60°范围，完成旋转大幅宽光学卫星动中成像；

采用分位置档位的方法对所述外部定标参数进行计算与建模。

5.如权利要求4所述的旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法，其特征在于，对所述旋转大幅宽光学卫星外部定标参数进行建模，计算旋转大幅宽光学卫星外部定标参数的精确值还包括：

获取三个位置档位完整获取的多帧影像数据并处理，得到基于有理函数模型的标准影像产品，采用连接点匹配方法构建完整区域网，并加入少许稀疏控制点进行区域网平差处理，得到时空基准统一的影像数据作为虚拟检校场。

6.如权利要求5所述的旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法，其特征在于，对所述旋转大幅宽光学卫星外部定标参数进行建模，计算旋转大幅宽光学卫星外部定标参数的精确值还包括：

基于所述虚拟检校场对每帧影像数据进行虚拟控制点匹配，计算每个位置档位对应的外部定标参数，并进一步进行建模；

对于某单帧影像数据，基于虚拟检校场匹配获取N个高精度虚拟控制点，控制点在物方空间坐标系坐标为(X_i,Y_i,Z_i)，控制点在像平面坐标系中坐标为(s_i,l_i)，此处，i＝1,2,3,...,N；对公式(1)进行变换得到：

进一步推导得到：

其中，X_E表示外部定标参数，X_I表示内部定标参数，X_E及X_I的初值设置为实验室设计值

将内部定标参数的实验室设计值视为真值，对外部定标参数进行计算；

对公式(3)进行线性化建立外部定标参数的误差方程：

其中，V_i表示残差向量；L_i表示常数向量；A_i表示误差方程式的系数矩阵；X表示外部定标参数改正值；P_i表示观测值的权；

进一步计算法方程系数矩阵，根据最小二乘平差模型估计参数X：

对上述过程进行反复迭代计算得到某单帧影像数据对应的外部定标参数的精确值，依次类推计算每个位置档位对应的每帧影像数据外部定标参数的精确值；

进一步对不同位置档位序列外部定标参数的精确值进行拟合，得到以位置档位和转动角为自变量的数学模型，即：

式中，R_cal(ψ)、R_cal(ω)、R_cal(κ)分别表示三个方向的外部安装参数；a_ψ0、a_ψ1、a_ψ2、b_ω0、b_ω1、b_ω2、c_κ0、c_κ1、c_κ2表示模型系数；V,W分别表示位置档位和旋转角度；F表示拟合函数。

7.如权利要求6所述的旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定方法，其特征在于，计算旋转大幅宽光学卫星相机载荷内部定标参数的精确值包括：

获取定标场影像数据，将公式(5)得到的星下点档位对应的外部定标参数的精确值X_E视为真值，基于密集匹配得到的覆盖整个面阵CCD视场的控制点进行相机内部定标参数计算，包括：

基于公式(2)构建内部定标参数的误差方程：

式中，L_i表示计算得到的常数向量；B_i表示误差方程的系数矩阵；Y表示内部定标参数改正数dX_I；P_i表示观测值的权；

进一步计算法方程系数矩阵，根据最小二乘平差模型估计参数Y，具体表示如下：

对上述过程进行反复迭代计算得到内部定标参数的精确值，以完成旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定。

8.一种旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定系统，其特征在于，所述旋转大幅宽光学卫星在轨几何标定系统包括误差分析模块、广义几何定标模型模块、外部定标参数计算模块及内部定标参数计算模块：

所述误差分析模块基于旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路进行误差的特性分析与参数的辨识；

所述广义几何定标模型模块基于误差与参数构建旋转大幅宽光学卫星广义几何定标模型；

所述外部定标参数计算模块基于光学卫星广义几何定标模型，对所述旋转大幅宽光学卫星外部定标参数进行建模，计算旋转大幅宽光学卫星外部定标参数的精确值；

所述内部定标参数计算模块根据所述外部定标参数的精确值，计算旋转大幅宽光学卫星相机载荷的内部定标参数的精确值；

基于误差与参数构建旋转大幅宽光学卫星广义几何定标模型包括：

对所述旋转大幅宽光学卫星建立面阵探元指向角模型，包括：对于相机焦平面内的任意一个成像探元p，成像光线Op在相机坐标系Oc-XcYcZc的XcOcZc平面内的投影线与Zc轴的夹角为ψ_x，其中沿着Xc轴正方向为正，在YcOcZc平面内的投影线与Zc轴的夹角为ψ_y，其中沿着Yc轴正方向为正，则(ψ_x,ψ_y)为成像探元p在相机坐标系下的探元指向角，单位为角度；

基于旋转大幅宽光学卫星动中成像全链路过程，对各个误差与参数依据其特性规律进行合理的优化，包括合理的参数取舍、模型的近似与简化得到所述旋转大幅宽光学卫星广义几何定标模型：

式中，

表示相机载荷定标系数；(l,s)表示探元行列号；(ψ_x(l,s),ψ_y(l,s))表示CCD探元号(l,s)的指向角大小；R_cal表示全链路综合定标误差矩阵，R_cal通过在轨定标得到；

表示J2000到焦平面旋转矩阵；

表示WGS84到J2000旋转矩阵，

由国际地球自转服务组织提供；λ表示成像比例尺；t表示成像时刻；(X,Y,Z)表示像点对应物方坐标；(X_GPS(t),Y_GPS(t),Z_GPS(t))表示成像摄影中心坐标，(X_GPS(t),Y_GPS(t),Z_GPS(t))由GPS/北斗接收机定轨计算得到。

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