CN111751809B - 一种点源靶标反射镜的调整角度计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于遥感技术领域，具体涉及一种点源靶标反射镜的调整角度计算方法。该方法首先获取卫星过顶时刻的卫星位置，并结合点源靶标位置，确定点源靶标指向卫星的单位矢量；然后获取太阳的方位角和高度角，确定点源靶标指向太阳的单位矢量；接着根据点源靶标指向卫星的单位矢量和点源靶标指向太阳的单位矢量，确定点源靶标反射镜调整后的法线指向向量，进而得到点源靶标反射镜应调整的高度角和方位角。参照该角度对点源靶标反射镜的角度进行调整，可使卫星过顶点源靶标时，太阳光线经点源靶标反射镜反射后进入传感器的入瞳处。使点源靶标在遥感卫星影像上生成高质量点源影像，用于遥感传感器在轨几何定标和辐射定标。

Description

一种点源靶标反射镜的调整角度计算方法

技术领域

本发明属于遥感技术领域，具体涉及一种点源靶标反射镜的调整角度计算方法。

背景技术

随着科技的发展，遥感技术也日渐成熟，已经应用于生活中的方方面面。遥感技术是根据电磁波理论对远距离目标所辐射和反射的电磁波信息进行收集、处理，并最后成像，从而对地面各种景物进行探测和识别的一种综合技术。目标反射的电磁波信息被遥感器的传感器接收，将光信号转换成了电信号，再由电路系统进行处理得到了一个对应的数字，这个数字称为DN(Digital Number)。这些数字可以转换为真实世界的单位，如辐射亮度、反射率或亮度温度。

遥感光学成像系统中太阳1、点源靶标反射镜2和遥感卫星传感器3之间光线的传输过程如图1所示，通过太阳1、点源靶标反射镜2和遥感卫星传感器3三者之间的位置，太阳光线经点源靶标反射镜反射后进入遥感卫星传感器的入瞳处。为实现遥感传感器在轨联合几何与辐射定标，需要在使点源靶标在遥感卫星影像上生成高质量点源影像。如何准确把握点源靶标反射的太阳光线以获取高质量点源靶标影像是急需解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种点源靶标反射镜的调整角度计算方法，用以准确把握点源靶标反射的太阳光线以获取高质量点源靶标影像。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案包括：

本发明提供了一种点源靶标反射镜的调整角度计算方法，包括如下步骤：

获取卫星过顶时刻的卫星位置，并结合点源靶标位置，确定点源靶标指向卫星的单位矢量；

获取太阳的方位角和高度角，确定点源靶标指向太阳的单位矢量；

根据所述点源靶标指向卫星的单位矢量和所述点源靶标指向太阳的单位矢量，确定点源靶标反射镜调整后的法线单位指向向量；

根据所述点源靶标反射镜调整后的法线单位指向向量，确定点源靶标反射镜应调整的高度角和方位角。

上述技术方案的有益效果为：本发明通过太阳、点源靶标反射镜和遥感卫星传感器三者之间的关系，在确定好点源靶标指向卫星的单位矢量和点源靶标指向太阳的单位矢量后，便可确定点源靶标反射镜调整后的法线单位指向向量，进而根据点源靶标反射镜调整后的法线单位指向向量，便可确定电源靶标反射镜应调整的角度，参照该角度对点源靶标反射镜的角度进行调整，可使卫星过顶点源靶标时，太阳光线经点源靶标反射镜反射后进入传感器的入瞳处。使点源靶标在遥感卫星影像上生成高质量点源影像，用于遥感传感器在轨几何定标和辐射定标。

进一步的，还包括将得到的点源靶标反射镜应调整的高度角和方位角加载至点源靶标反射镜的驱动装置，使驱动装置按照所述点源靶标反射镜应调整的高度角和方位角驱动点源靶标反射镜动作。

进一步的，所述点源靶标反射镜调整后的法线单位指向向量为东北天坐标系下的向量。点源靶标反射镜调整后的法线单位指向向量为东北天坐标系下的向量，可以方便快捷计算出点源靶标反射镜需转动的角度，从而便于调整点源靶标反射镜。

进一步的，所述点源靶标反射镜调整后的法线单位指向向量为：

式中，为点源靶标反射镜调整后的法线单位指向向量，/>为点源靶标指向太阳的单位矢量，/>为点源靶标指向卫星的单位矢量。

进一步的，若所述点源靶标反射镜调整后的法线单位指向向量为则：

所述点源靶标反射镜应调整的高度角分别为：

H_mir＝arcsinc

b>0时，点源靶标反射镜应调整的方位角为：

b<0且a<0时，点源靶标反射镜应调整的方位角为：

b<0且a>0时，点源靶标反射镜应调整的方位角为：

式中，H_mir为点源靶标反射镜应调整的高度角，A_mir为点源靶标反射镜应调整的方位角。

进一步的，所述点源靶标指向卫星的单位矢量为：

式中，为点源靶标指向卫星的单位矢量，(X,Y,Z)为东北天坐标系下的卫星位置，(X₀,Y₀,Z₀)为东北天坐标系下的点源靶标位置。

进一步的，所述点源靶标指向太阳的单位矢量为：

式中，为点源靶标指向太阳的单位矢量，H_sun为太阳的高度角，A_sun为太阳的方位角。

附图说明

图1是现有技术的太阳、点源靶标反射镜和遥感卫星传感器之间光线的传输过程示意图；

图2是本发明的点源靶标反射镜的调整角度计算方法的流程图；

图3是本发明的太阳高度角和太阳方位角的示意图；

图4是本发明的东北天坐标系下的高度角和方位角的示意图；

其中，1-太阳，2-点源靶标反射镜，3-遥感卫星传感器。

具体实施方式

本发明的一种点源靶标反射镜的调整角度计算方法，如图2所示，步骤如下：

步骤一，布设点源靶标，并将点源靶标反射镜位置归零，即方位角(点源靶标反射镜表面法线在水平面上投影与正北方向夹角)为0，高度角(点源靶标反射镜表面法线与水平面夹角)为90度。点源靶标布设完成后，利用RTK测量点源靶标位置(即点源靶标反射镜位置)，一般提供的是点源靶标在WGS84坐标系下经纬度和高程信息，将其转换为东北天坐标系下位置(X₀,Y₀,Z₀)，并作为点源靶标位置。

步骤二，卫星过顶点源靶标前根据卫星星历预测卫星过顶时刻的卫星位置，一般提供的也是GS84坐标系下经纬度和高程信息，将其转换为东北天坐标系下位置(X,Y,Z)。

步骤三，根据东北天坐标系下的卫星位置(X,Y,Z)和点源靶标位置(X₀,Y₀,Z₀)，可以得到点源靶标指向卫星的单位矢量

步骤四，结合图3、4，根据东北天坐标系下太阳方位角A_sun和太阳高度角H_sun，可以得到点源靶标指向太阳的单位矢量

步骤五，根据点源靶标指向卫星的单位矢量和点源靶标指向太阳的单位矢量求得点源靶标反射镜调整后的法线单位指向向量/>

步骤六，根据点源靶标反射镜调整后的法线单位指向向量得到点源靶标反射镜应调整的高度角H_mir和方位角A_mir。假设计算得到的点源靶标反射镜调整后的法线单位指向向量/>的三个分量分别为a、b、c，则点源靶标反射镜应调整的高度角H_mir和方位角A_mir分别为：

H_mir＝arcsinc (4)

需说明的是，公式(5)是在分量b>0的情况下的公式。

当b<0且a<0时，此时点源靶标反射镜应调整的方位角A_mir应该为：

当b<0且a>0时，此时点源靶标反射镜应调整的方位角A_mir应该为：

步骤七，将得到的点源靶标反射镜应调整的高度角H_mir和方位角A_mir信息输入至点源靶标反射镜的驱动机构，使驱动机构带动点源靶标反射镜动作，调整点源靶标反射镜的指向，实现点源靶标、太阳、卫星三者之间的光路对准。遥感卫星传感器过顶时，即可准确捕捉点源靶标反射的太阳光线，使太阳光线经点源靶标反射镜反射后进入遥感卫星传感器的入瞳处，获取高质量点源靶标影像。

关于计算点源靶标反射镜应调整的高度角H_mir和方位角A_mir的工作可在一个终端中实现，例如笔记本等，计算完毕后传输给点源靶标反射镜的驱动机构的调控组件中，以通过调控组件控制驱动机构带动点源靶标反射镜动作(转动)，使其按照计算出的H_mir和A_mir进行角度调整。还可通过调控组件直接进行H_mir和方位角A_mir的计算，计算完毕后直接控制驱动机构电动点源靶标反射镜动作即可，无需再额外设置一个终端来计算H_mir和A_mir。

Claims (7)

1.一种点源靶标反射镜的调整角度计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取卫星过顶时刻的卫星位置，并结合点源靶标位置，确定点源靶标指向卫星的单位矢量；

获取太阳的方位角和高度角，确定点源靶标指向太阳的单位矢量；

根据所述点源靶标指向卫星的单位矢量和所述点源靶标指向太阳的单位矢量，确定点源靶标反射镜调整后的法线指向向量；

根据所述点源靶标反射镜调整后的法线单位指向向量，确定点源靶标反射镜应调整的高度角和方位角。

2.根据权利要求1所述的点源靶标反射镜的调整角度计算方法，其特征在于，还包括将得到的点源靶标反射镜应调整的高度角和方位角加载至点源靶标反射镜的驱动装置，使驱动装置按照所述点源靶标反射镜应调整的高度角和方位角驱动点源靶标反射镜动作。

3.根据权利要求1所述的点源靶标反射镜的调整角度计算方法，其特征在于，所述点源靶标反射镜调整后的法线单位指向向量为东北天坐标系下的向量。

4.根据权利要求1～3任一项所述的点源靶标反射镜的调整角度计算方法，其特征在于，所述点源靶标反射镜调整后的法线单位指向向量为：

式中，为点源靶标反射镜调整后的法线单位指向向量，/>为点源靶标指向太阳的单位矢量，/>为点源靶标指向卫星的单位矢量。

5.根据权利要求1～3任一项所述的点源靶标反射镜的调整角度计算方法，其特征在于，若所述点源靶标反射镜调整后的法线单位指向向量为则：

所述点源靶标反射镜应调整的高度角为：

H_mir＝arcsinc

b>0时，点源靶标反射镜应调整的方位角为：

b<0且a<0时，点源靶标反射镜应调整的方位角为：

b<0且a>0时，点源靶标反射镜应调整的方位角为：

式中，H_mir为点源靶标反射镜应调整的高度角，A_mir为点源靶标反射镜应调整的方位角。

6.根据权利要求3所述的点源靶标反射镜的调整角度计算方法，其特征在于，所述点源靶标指向卫星的单位矢量为：

式中，为点源靶标指向卫星的单位矢量，(X,Y,Z)为东北天坐标系下的卫星位置，(X₀,Y₀,Z₀)为东北天坐标系下的点源靶标位置。

7.根据权利要求3所述的点源靶标反射镜的调整角度计算方法，其特征在于，所述点源靶标指向太阳的单位矢量为：

式中，为点源靶标指向太阳的单位矢量，H_sun为太阳的高度角，A_sun为太阳的方位角。