CN117336621A - 一种在轨高精度成像相机积分时间动态调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在轨高精度成像相机积分时间动态调整方法，通过预装高精度数字高程模型或对成像点前后高程插值，实时计算目标点指向经纬度及对应高程数据，进一步动态计算和调整成像载荷积分时间，有效解决传统相机积分时间计算方法不适用于具有主动旋转角速度姿态控制功能和定姿态长条带推扫功能的卫星的问题。本发明能够实现在轨对地任意姿态成像中成像相机积分时间的动态求解，满足敏捷卫星沿飞行轨迹、正反双向推扫、正南正北、垂轨成像等多种成像过程中的相机积分时间计算，曝光时间控制灵活，具备自适应性。

Description

一种在轨高精度成像相机积分时间动态调整方法

技术领域

本发明涉及一种在轨高精度成像相机积分时间动态调整方法，特别适用于具有星上自主任务规划功能、动中成像功能的高分辨率强敏捷型对地遥感卫星。

背景技术

目前，观测卫星在遥感成像过程中，需要在曝光时间内保持相机视向对地面目标点的稳定指向，当目标点相对于相机视场存在相对速度时，需要根据在曝光时间内，目标点在成像平面上的移动距离不大于一个像元的原则来进行相机积分时间的计算，如图1。若观测卫星以轨道零姿态情况进行短距离推扫成像，仅需考虑轨道及地速的因素，计算得到固定的相机积分时间用于对相机曝光时间的控制。但如果考虑敏捷卫星进行跨区域的长条带推扫成像或在遥感成像过程中三轴均具有主动旋转角速度的姿态控制，如进行正反双向推扫成像等，相机积分时间是在实时变化的，传统的相机积分时间计算方法便不再适用，同时缺少地面高程信息会导致卫星指向存在偏移，影响成像出图质量。

针对具备星上自主任务规划卫星姿态自主计算和高敏捷卫星载荷成像角度动态变化的特性，传统的相机积分时间计算方法共有以下2个问题：

1)传统观测卫星在进行推扫成像时计算相机积分时间的方法仅适用于卫星轨道系零姿态情况，由于观测卫星在遥感成像过程中三轴均具有主动旋转角速度的姿态控制，传统相机积分时间计算方法不再适用；

2)传统积分时间计算方法采用固定高程或前后高程时间插值方式计算目标点矢量，固定高程或插值误差造成目标点矢量计算有偏差，不仅影响成像原图质量，同时针对具备星上图像智能处理的卫星，直接影响星上智能处理出图效果；

以上2个问题是新一代智能自主敏捷机动成像对地卫星在轨任务完成质量的关键影响因数，若采用传统积分时间计算方式会造成在轨图像质量较差。因此，需要提出一种新的姿态机动过程中成像相机积分时间动态计算方法，使动中成像或长条带推扫过程中相机拍摄的曝光时间控制更加灵活，具备自适应性。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种在轨高精度成像相机积分时间动态调整方法，能够实现在轨对地任意姿态成像中成像相机积分时间的动态求解，满足敏捷卫星沿飞行轨迹、正反双向推扫、正南正北、垂轨成像等多种成像过程中的相机积分时间计算，曝光时间控制灵活，具备自适应性。

本发明的技术解决方案是：

一种在轨高精度成像相机积分时间动态调整方法，包括如下步骤：

(1)实时获取目标点的高程数据；

(2)确定目标坐标系与参考坐标系之间的方向余弦阵；

(3)计算相机目标角速度在中心视场坐标系下的投影列阵；

(4)计算惯性坐标系下的卫星矢量；

(5)计算中心视场坐标系的Z轴指向目标点矢量以及地心指向目标点矢量；

(6)计算由地球自转引起的指向点线速度在中心视场坐标系下的分量；

(7)计算卫星目标角速度引起的地面指向点运动线速度在中心视场坐标系下的分量；

(8)计算卫星飞行速度在中心视场坐标系下的投影；

(9)根据步骤(6)、步骤(7)、步骤(8)的结果，计算指向点相对于卫星的线速度在中心视场坐标系下的分量；

(10)根据目标点高程结果重新计算目标点的经度，地心纬度及地理纬度；

(11)修正地速Z轴分量；

(12)将地速转回相机焦平面坐标系，利用相机特性计算相机积分时间。

优选的，所述步骤(1)中，实时获取目标点高程数据的方法如下：

1.1计算惯性坐标系下的卫星矢量ⁱr_s：

ⁱr_s＝C_iI ^Ir_s

其中，r为卫星的地心距，Ω为卫星轨道的升交点赤经，u为卫星轨道幅角，i′为卫星轨道倾角，^Ir_s为J2000惯性坐标系下的卫星矢量；C_iI为J2000惯性坐标系I转换到惯性坐标系i的坐标转换矩阵，定义如下，其中K为地球椭球模型转换常数，K＝1.0033633486；

1.2计算中心视场坐标系M的Z轴指向目标点矢量r_ZM以及地心指向目标点矢量r_e在J2000惯性坐标系I下的表示：

其中，^Ir_ZM表示中心视场坐标系M的Z轴指向目标点矢量r_ZM在J2000惯性坐标系I下的表示，ⁱr_ZM表示中心视场坐标系M的Z轴指向目标点矢量r_ZM在惯性坐标系i下的表示，C_oI表示J2000惯性坐标系I到轨道坐标系o的坐标转换矩阵，s表示中心视场坐标系M在轨道坐标系oZ轴上的矢量分量，^Ir_e表示地心指向目标点矢量r_e在J2000惯性坐标系I下的表示；

R_e为地球半径，ⁱr_{ZM_e}为矢量s在惯性坐标系i下的表示，γ_m为矢量ⁱr_s和矢量ⁱr_{ZM_e}之间的夹角，C_Mo(m,n)表示矩阵C_Mo的第m行第n列的元素，矩阵C_Mo表示轨道坐标系o到中心视场坐标系M的转换矩阵；

1.3计算目标点的经度λ_g和纬度δ_g：

λ_g＝arctan2(^er_e(2),^er_e(1))

若|δ′_g|＞1.56，则δ_g＝δ′_g

其中^er_e为地心至成像点的矢量在地固系的投影，^er_e(2)为^er_e在地固系y轴上的分量，^er_e(1)为^er_e在地固系x轴上分量，δ′_g为目标点地心纬度，E_e为地球模型偏心率；

λ_G为格林尼治真恒星时角，t_g为预估时刻，t₀为注入的轨道参数的参考时刻，C_PN为岁差章动矩阵，ω_e(t_g-t₀)为地球自转转过的角度；

1.4计算目标点实时高程h：

若星上预先装订全球数字高程地图，则通过目标点的经度λ_g，纬度δ_g查询出目标点实时高程h；若未装订数字高程地图，则进行如下插值计算：

若(λ_B1-λ_B0)＞(δ_B1-δ_B0)

则

若(λ_B1-λ_B0)≤(δ_B1-δ_B0)

则

其中，λ_B0为成像起始点地理经度、δ_B0为成像起始点地理纬度、h_B0为成像起始点地理高程，λ_B1为成像结束点地理经度、δ_B1为成像结束点地理纬度、h_B1为成像结束点地理高程。

优选的，所述步骤(3)中，计算目标角速度在视场坐标系下的投影列阵的方法如下：

3.1计算载荷视线相对于轨道坐标系的坐标转换矩阵C_bo

其中，C_LOS＝C₃₁₂(α,β,γ)，α,β,γ为载荷相机的偏场角，为欧拉角θ_g,ψ_g以1-2-3转序旋转的坐标转换矩阵；

3.2计算各视场坐标系相对于轨道坐标系的坐标转换矩阵

其中，C_Mo为中心视场相对于轨道系的安装阵，C_MP为中心视场相对于相机的安装阵，C_Pb为相机相对于星体的安装阵，C_bo为卫星本体坐标系相对于轨道坐标系的转换矩阵；

Δω,Δκ为相机相对于星体的安装角度，φ为视向绕相机坐标系Y轴旋转角，θ_M为中心视场绕相机坐标系X轴转角；

C₃₁₂(θ_M,φ,0)为欧拉角θ_M,φ,0以3-1-2转序旋转的坐标转换矩阵，为欧拉角Δω,Δκ以3-1-2转序旋转的坐标转换矩阵；

3.3计算相机目标角速度^pω_i在视场坐标系下的投影列阵：

^Mω_i＝C_MP ^pω_i

^Mω_i为目标角速度^pω_i在中心视场坐标系下的投影。

优选的，所述步骤(6)中，利用如下公式计算由地球自转引起指向点线速度在中心视场坐标系M下的分量^Mv_er：

^Iv_er＝[00ω_e]^T×^Ir_e

^Mv_er＝C_MoC_oI ^Iv_er

其中，ω_e为地球自转角速度，^Iv_er为由地球自转引起指向点线速度在J2000惯性坐标系I下分量，^Ir_e表示地心指向目标点矢量r_e在J2000惯性坐标系I下的表示，C_Mo表示中心视场相对于轨道系的安装阵，C_oI表示J2000惯性坐标系I到轨道坐标系o的坐标转换矩阵。

优选的，所述步骤(7)中，利用如下公式计算卫星目标角速度^Mω_i引起的地面指向点运动线速度在中心视场坐标系M下的分量^Mv_rs：

^Mv_rs＝^Mω_i×[0 0 |^Ir_ZM|]^T

^Ir_ZM表示中心视场坐标系M的Z轴指向目标点矢量r_ZM在J2000惯性坐标系I下的表示。

优选的，所述步骤(9)中，利用如下公式计算指向点相对于卫星的线速度在中心视场坐标系M下的分量^Mv_e：

^Mv_e＝^Mv_er-^Mv_s-^Mv_rs

^Mv_er表示由地球自转引起指向点线速度在中心视场坐标系M下的分量，^Mv_s表示卫星线速度在中心视场坐标系M下的分量，^Mv_rs表示卫星目标角速度^Mω_i引起的地面指向点运动线速度在中心视场坐标系M下的分量。

优选的，所述步骤(10)中，根据目标点高程结果重新计算目标点的经度，地心纬度及地理纬度，方法如下：

10.1根据目标点高程重新计算中心视场坐标系M的Z轴指向目标点矢量r_ZM以及地心指向目标点矢量r_e在J2000惯性坐标系I下的表示：

^Ir_s为J2000惯性坐标系下的卫星矢量；C_iI为J2000惯性坐标系I转换到惯性坐标系i的坐标转换矩阵，^Ir_ZM表示中心视场坐标系M的Z轴指向目标点矢量r_ZM在J2000惯性坐标系I下的表示，ⁱr_ZM表示中心视场坐标系M的Z轴指向目标点矢量r_ZM在惯性坐标系i下的表示，C_oI表示J2000惯性坐标系I到轨道坐标系o的坐标转换矩阵，s表示中心视场坐标系M在轨道坐标系Z轴上的矢量分量，^Ir_e表示地心指向目标点矢量r_e在J2000惯性坐标系I下的表示；R_e为地球半径，h表示目标点实时高程；

10.2根据更新后的矢量^Ir_e和^Ir_ZM重新计算指向点相对于卫星的线速度在中心视场坐标系M下的分量^Mv_e；

10.3根据更新后的矢量^Ir_e重新计算目标点的经度λ_g和纬度δ_g。

优选的，所述步骤(11)中，利用如下公式计算目标点相对地速Z轴分量的修正值：

11.1计算地垂线矢量在中心视场坐标系M下的分量：

^Mr_v＝C_MoC_oI ^Ir_v

^er_v表示地垂线矢量在地固系的投影，^Ir_v表示地垂线矢量在J2000惯性坐标系I的投影，^Mr_v表示地垂线矢量在中心视场坐标系M下的分量；λ_g为目标点的经度，δ_g为目标点的纬度；C_PN为岁差章动矩阵，λ_G为格林尼治真恒星时角，ω_e(t_g-t₀)为地球自转转过的角度，C_oI表示J2000惯性坐标系I到轨道坐标系o的坐标转换矩阵，C_Mo表示轨道坐标系o到中心视场坐标系M的转换矩阵，

11.2计算目标点相对速度Z轴分量的修正值：

其中，T为目标点在中心视场坐标系下M的矢量与坐标系Z轴的夹角，^Mv_e(3)为根据高程计算的目标点相对速度Z轴分量的修正值，^Mv_e(m)为矢量^Mv_e的第m个元素；^Mr_v(m)为矢量^Mr_v的第m个元素，m＝1，2，3。

优选的，

优选的，所述步骤(12)中，利用如下方式计算相机积分时间：

12.1将地面目标点的相对速度转回相机的焦平面坐标系上：

^Mfv_e＝C_fM ^Mv_e＝C₃₁₂(0,φ_r+θ_Mg,0)^TMv_e

φ_r为视向绕相机坐标系Y轴旋转角，C_fM为相机焦平面坐标系到中心视场坐标系转移矩阵，^Mfv_e为地面目标点的相对速度在相机焦平面坐标系上的表示，θ_Mg为中心视场相机Y轴偏场角；^Mv_e为指向点相对于卫星的线速度在中心视场坐标系M下的分量；C₃₁₂(0,φ_r+θ_Mg,0)为欧拉角0,φ_r+θ_Mg,0以3-1-2转序旋转的坐标转换矩阵；

12.2利用如下公式计算相机积分时间：

其中d_pld为相机像元尺寸，f_pld为相机视主距，^Ir_ZM表示中心视场坐标系M的Z轴指向目标点矢量r_ZM在J2000惯性坐标系I下的表示，^Mfv_e(m)为矢量^Mfv_e的第m个元素，T_IM为相机积分时间，m＝1，2，3。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明提出了一种在轨高精度成像相机积分时间动态调整方法，通过预装高精度数字高程模型或对成像点前后高程插值，实时计算目标点指向经纬度及对应高程数据，进一步动态计算和调整成像载荷积分时间，有效解决传统相机积分时间计算方法不适用于具有主动旋转角速度姿态控制功能和定姿态长条带推扫功能的卫星的问题。本发明提出的方法步骤清晰，便于设计人员与测试人员的操作与实施。

附图说明

图1为载荷焦面不同视场的位置关系示意图；

图2为积分时间动态调整方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

如图2所示，本发明包括如下步骤：

1)实时目标点高精度高程数据动态获取

已知成像起始点地理经度λ_B0、地理纬度δ_B0、地理高程h_B0，成像结束点地理经度λ_B1、地理纬度δ_B1、地理高程h_B1，目标姿态角θ_g,ψ_g，目标角速度^pω_i＝[^pω_ix,^pω_iy,^pω_iz]，按如下步骤计算实时目标高精度高程：

a)计算在惯性坐标系下的卫星矢量ⁱr_s：

ⁱr_s＝C_iI ^Ir_s

其中，r为卫星的地心距，Ω为卫星轨道的升交点赤经，u为卫星轨道幅角，i′为卫星轨道倾角，^Ir_s为J2000惯性坐标系下的卫星矢量；C_iI为J2000惯性坐标系I转换到惯性坐标系i的坐标转换矩阵，定义如下，其中K为地球椭球模型转换常数，K＝1.0033633486。

b)计算中心视场坐标系M的Z轴指向目标点矢量r_ZM以及地心指向目标点矢量r_e在J2000惯性坐标系I下的表示：

其中，C_Mo(m,n)表示矩阵C_Mo的第m行第n列的元素，矩阵C_Mo表示轨道坐标系o到中心视场坐标系M的转换矩阵。C_oI为J2000惯性坐标系I到轨道坐标系o的坐标转换矩阵，R_e为地球半径，s表示中心视场坐标系M在轨道坐标系oZ轴上的矢量分量，ⁱr_{ZM_e}为矢量s在惯性坐标系i下的表示，γ_m为矢量ⁱr_s和矢量ⁱr_{ZM_e}之间的夹角。

c)计算目标点的经度λ_g，纬度δ_g：

λ_g＝arctan2(^er_e(2),^er_e(1))

(若|δ′_g|＞1.56，则δ_g＝δ′_g)

其中λ_G为格林尼治真恒星时角，t_g为预估时刻，t₀为注入的轨道参数的参考时刻，C_PN为岁差章动矩阵，ω_e(t_g-t₀)为地球自转转过的角度，E_e为地球模型偏心率，取值：0.08181919。

d)实时高精度高程计算：

若星上预先装订全球数字高程地图，可通过目标点的经度λ_g，纬度δ_g查询出目标点高程h；若未装订数字高程地图，则进行如下插值计算：

若(λ_B1-λ_B0)＞(δ_B1-δ_B0)

否则

2)角速度在视场坐标系下的投影

a)载荷视线相对于轨道系的坐标转换矩阵计算

其中，C_LOS＝C₃₁₂(α,β,γ)，α,β,γ为载荷相机的偏场角，C_abc(x₁,x₂,x₃)为欧拉角x₁,x₂,x₃以a-b-c转序旋转的坐标转换矩阵。

b)各视场坐标系相对于轨道系的坐标转换矩阵计算，根据实际情况，有时会存在+Y视场、-Y视场，具体坐标转换矩阵计算如下：

其中，C_Mo为中心视场相对于轨道系的安装阵，C_MP为中心视场相对于相机的安装阵，C_Pb为相机相对于星体的安装阵，C_+Yo为+Y视场相对于轨道系的安装阵，C_-Yo为-Y视场相对于轨道系的安装阵，C_+YP为+Y视场相对于相机的安装阵，C_-YP为-Y视场相对于相机的安装阵。Δω,Δκ为相机相对于星体的安装角度，φ为视向绕相机坐标系Y轴旋转角，θ_M为中心视场绕相机坐标系X轴转角，θ_+Y为+Y线阵视向绕相机坐标系X轴转角，θ_-Y为-Y线阵视向绕相机坐标系X轴转角。

c)相机目标角速度在视场坐标系下投影计算：

^Mω_i＝C_MP ^pω_i

^+Yω_i＝C_+YP ^pω_i

^-Yω_i＝C_-YP ^pω_i

^Mω_i为目标角速度^pω_i在中心视场坐标系下的投影，^+Yω_i为目标角速度^pω_i在+Y视场坐标系下的投影，^-Yω_i为目标角速度^pω_i在-Y视场坐标系下的投影。

3)计算相机三个视场的地速、斜距

分别对中心视场M、+Y线阵及-Y线阵三个参考坐标系计算得到视场Z轴指向地面目标点的矢量在J2000惯性坐标系下的投影^Ir_Zr，地心指向地面目标点的矢量在J2000惯性坐标系下的投影^Ir_e，地面目标点相对于相机视场的线速度在视场坐标系下的投影^rv_es，其中r＝M,+Y,-Y。具体计算方法以r＝M为例：

a)求取卫星运行速度在参考姿态坐标系下的表示

^rv_s＝C_MO·[^ov_s1 0 ^ov_s3]

其中，μ为地球引力常数，a为卫星轨道半长轴，e为卫星轨道偏心率，f为真近点角；^ov_s1为卫星轨道坐标系下速度切向分量；^ov_s3为卫星轨道坐标系下速度径向分量；^rv_s为卫星运行速度矢量在视场坐标系r下的投影。

b)计算卫星质心至Z轴指向点矢量在参考姿态坐标系的表示

ⁱr_s＝C_iI ^Ir_s

sin²γ_m＝1-cos²γ_m

其中，C_Mo(m,n)表示矩阵C_Mo的第m行第n列的元素。C_oI为J2000惯性坐标系I到轨道坐标系o的坐标转换矩阵，R_e为地球半径。

c)计算由地球自转引起指向点线速度在中心视场坐标系M下的分量

^Iv_er＝[0 0 ω_e]^T×^Ir_e

^Mv_er＝C_MoC_oI ^Iv_er

其中，ω_e为地球自转角速度。

d)计算卫星目标角速度^Mω_i引起的地面指向点运动线速度在中心视场坐标系M下的分量：

^Mv_rs＝^Mω_i×[0 0 |^Ir_ZM|]^T

e)根据步骤a)、步骤c)、步骤d)的结果，计算指向点相对于卫星的线速度在中心视场坐标系M下的分量：

^Mv_e＝^Mv_er-^Mv_s-^Mv_rs

f)根据高精度高程结果重新计算目标点的经度λ_g，地心纬度δ′_g及地理纬度δ_g：

λ_g＝arctan2(^er_e(2),^er_e(1))

(若|δ′_g|＞1.56，则δ_g＝δ′_g)

g)计算地垂线矢量在中心视场坐标系M下的分量：

^Mr_v＝C_MoC_oI ^Ir_v

^er_v表示地垂线矢量在地固系的投影，^Ir_v表示地垂线矢量在J2000惯性系I的投影，^Mr_v表示地垂线矢量在中心视场坐标系M下的分量。

h)计算目标点相对速度Z轴分量的修正值：

其中，T为目标点在中心视场坐标系下M的矢量与坐标系Z轴的夹角，^Mv_e(3)为根据高程计算的目标点相对速度Z轴分量的修正值，^Mv_e(m)为矢量Mv_e的第m个元素；^Mr_v(m)同理。

4)计算三个相机积分时间

a)将地面目标点的相对速度转回每个相机的焦平面坐标系上：

^Mfv_e＝C_fM ^Mv_e＝C₃₁₂(0,φ_r+θ_Mg,0)^{T M}v_e

^+Yfv_e＝C_f+Y ^+Yv_e＝C₃₁₂(θ_+Y-θ_M,φ_r+θ_+Yg,0)^{T +Y}v_e

^-Yfv_e＝C_f-Y ^-Yv_e＝C₃₁₂(θ_-Y-θ_M,φ_r+θ_-Yg,0)^{T -Y}v_e

φ_r为视向绕相机坐标系Y轴旋转角，C_fM为相机焦平面坐标系到中心视场坐标系转移矩阵，^Mfv_e为地面目标点的相对速度在中心视场相机焦平面坐标系上的表示，C_f+Y为相机焦平面坐标系到+Y视场坐标系转移矩阵，^+Yfv_e为地面目标点的相对速度在+Y视场相机焦平面坐标系上的表示，C_f-Y为相机焦平面坐标系到-Y视场坐标系转移矩阵，^-Yfv_e为地面目标点的相对速度在-Y视场相机焦平面坐标系上的表示，θ_M为中心视场视向绕相机坐标系X轴转角，θ_+Y为+Y视场视向绕相机坐标系X轴转角，θ_-Y为-Y视场视向绕相机坐标系X轴转角，θ_Mg为中心视场相机Y轴偏场角，θ_+Yg为+Y视场相机Y轴偏场角，θ_-Yg为-Y视场相机Y轴偏场角。

b)计算相机积分时间：

其中d_pld为相机像元尺寸，f_pld为相机视主距，^Mfv_e(m)为矢量^Mfv_e的第m个元素，^+Yfv_e(m)为矢量^+Yfv_e的第m个元素，^-Yfv_e(m)为矢量^-Yfv_e的第m个元素，T_IM为中心视场相机的积分时间，T_I+Y为+Y视场相机的积分时间，T_I-Y为-Y视场相机的积分时间。

本发明针对敏捷机动对地成像卫星，充分考虑了在轨积分时间动态调整和精度需求，完成了该方法的设计并在轨实现充分验证。同时，该方法可为后续敏捷机动卫星提供参考。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种在轨高精度成像相机积分时间动态调整方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)实时获取目标点的高程数据；

(2)确定目标坐标系与参考坐标系之间的方向余弦阵；

(3)计算相机目标角速度在中心视场坐标系下的投影列阵；

(4)计算惯性坐标系下的卫星矢量；

(5)计算中心视场坐标系的Z轴指向目标点矢量以及地心指向目标点矢量；

(6)计算由地球自转引起的指向点线速度在中心视场坐标系下的分量；

(7)计算卫星目标角速度引起的地面指向点运动线速度在中心视场坐标系下的分量；

(8)计算卫星飞行速度在中心视场坐标系下的投影；

(9)根据步骤(6)、步骤(7)、步骤(8)的结果，计算指向点相对于卫星的线速度在中心视场坐标系下的分量；

(10)根据目标点高程结果重新计算目标点的经度，地心纬度及地理纬度；

(11)修正地速Z轴分量；

(12)将地速转回相机焦平面坐标系，利用相机特性计算相机积分时间。

2.根据权利要求1所述的一种在轨高精度成像相机积分时间动态调整方法，其特征在于，所述步骤(1)中，实时获取目标点高程数据的方法如下：

1.1计算惯性坐标系下的卫星矢量ⁱr_s：

ⁱr_s＝C_iI ^Ir_s

其中，r为卫星的地心距，Ω为卫星轨道的升交点赤经，u为卫星轨道幅角，i′为卫星轨道倾角，^Ir_s为J2000惯性坐标系下的卫星矢量；C_iI为J2000惯性坐标系I转换到惯性坐标系i的坐标转换矩阵，定义如下，其中K为地球椭球模型转换常数，K＝1.0033633486；

1.2计算中心视场坐标系M的Z轴指向目标点矢量r_ZM以及地心指向目标点矢量r_e在J2000惯性坐标系I下的表示：

其中，^Ir_ZM表示中心视场坐标系M的Z轴指向目标点矢量r_ZM在J2000惯性坐标系I下的表示，ⁱr_ZM表示中心视场坐标系M的Z轴指向目标点矢量r_ZM在惯性坐标系i下的表示，C_oI表示J2000惯性坐标系I到轨道坐标系o的坐标转换矩阵，s表示中心视场坐标系M在轨道坐标系oZ轴上的矢量分量，^Ir_e表示地心指向目标点矢量r_e在J2000惯性坐标系I下的表示；

R_e为地球半径，ⁱr_{ZM_e}为矢量s在惯性坐标系i下的表示，γ_m为矢量ⁱr_s和矢量ⁱr_{ZM_e}之间的夹角，C_Mo(m,n)表示矩阵C_Mo的第m行第n列的元素，矩阵C_Mo表示轨道坐标系o到中心视场坐标系M的转换矩阵；

1.3计算目标点的经度λ_g和纬度δ_g：

λ_g＝arctan2(^er_e(2),^er_e(1))

若|δ′_g|＞1.56，则δ_g＝δ′_g

其中^er_e为地心至成像点的矢量在地固系的投影，^er_e(2)为^er_e在地固系y轴上的分量，^er_e(1)为^er_e在地固系x轴上分量，δ′_g为目标点地心纬度，E_e为地球模型偏心率；

λ_G为格林尼治真恒星时角，t_g为预估时刻，t₀为注入的轨道参数的参考时刻，C_PN为岁差章动矩阵，ω_e(t_g-t₀)为地球自转转过的角度；

1.4计算目标点实时高程h：

若星上预先装订全球数字高程地图，则通过目标点的经度λ_g，纬度δ_g查询出目标点实时高程h；若未装订数字高程地图，则进行如下插值计算：

若(λ_B1-λ_B0)＞(δ_B1-δ_B0)

则

若(λ_B1-λ_B0)≤(δ_B1-δ_B0)

则

其中，λ_B0为成像起始点地理经度、δ_B0为成像起始点地理纬度、h_B0为成像起始点地理高程，λ_B1为成像结束点地理经度、δ_B1为成像结束点地理纬度、h_B1为成像结束点地理高程。

3.根据权利要求1所述的一种在轨高精度成像相机积分时间动态调整方法，其特征在于，所述步骤(3)中，计算目标角速度在视场坐标系下的投影列阵的方法如下：

3.1计算载荷视线相对于轨道坐标系的坐标转换矩阵C_bo

其中，C_LOS＝C₃₁₂(α,β,γ)，α,β,γ为载荷相机的偏场角，为欧拉角θ_g,ψ_g以1-2-3转序旋转的坐标转换矩阵；

3.2计算各视场坐标系相对于轨道坐标系的坐标转换矩阵

其中，C_Mo为中心视场相对于轨道系的安装阵，C_MP为中心视场相对于相机的安装阵，C_Pb为相机相对于星体的安装阵，C_bo为卫星本体坐标系相对于轨道坐标系的转换矩阵；

Δω,Δκ为相机相对于星体的安装角度，φ为视向绕相机坐标系Y轴旋转角，θ_M为中心视场绕相机坐标系X轴转角；

C₃₁₂(θ_M,φ,0)为欧拉角θ_M,φ,0以3-1-2转序旋转的坐标转换矩阵，为欧拉角Δω,Δκ以3-1-2转序旋转的坐标转换矩阵；

3.3计算相机目标角速度^pω_i在视场坐标系下的投影列阵：

^Mω_i＝C_MP ^pω_i

^Mω_i为目标角速度^pω_i在中心视场坐标系下的投影。

4.根据权利要求1所述的一种在轨高精度成像相机积分时间动态调整方法，其特征在于，所述步骤(6)中，利用如下公式计算由地球自转引起指向点线速度在中心视场坐标系M下的分量^Mv_er：

^Iv_er＝[0 0 ω_e]^T×^Ir_e

^Mv_er＝C_MoC_oI ^Iv_er

其中，ω_e为地球自转角速度，^Iv_er为由地球自转引起指向点线速度在J2000惯性坐标系I下分量，^Ir_e表示地心指向目标点矢量r_e在J2000惯性坐标系I下的表示，C_Mo表示中心视场相对于轨道系的安装阵，C_oI表示J2000惯性坐标系I到轨道坐标系o的坐标转换矩阵。

5.根据权利要求1所述的一种在轨高精度成像相机积分时间动态调整方法，其特征在于，所述步骤(7)中，利用如下公式计算卫星目标角速度^Mω_i引起的地面指向点运动线速度在中心视场坐标系M下的分量^Mv_rs：

^Mv_rs＝^Mω_i×[0 0 |^Ir_ZM|]^T

^Ir_ZM表示中心视场坐标系M的Z轴指向目标点矢量r_ZM在J2000惯性坐标系I下的表示。

6.根据权利要求1所述的一种在轨高精度成像相机积分时间动态调整方法，其特征在于，所述步骤(9)中，利用如下公式计算指向点相对于卫星的线速度在中心视场坐标系M下的分量^Mv_e：

^Mv_e＝^Mv_er-^Mv_s-^Mv_rs

^Mv_er表示由地球自转引起指向点线速度在中心视场坐标系M下的分量，^Mv_s表示卫星线速度在中心视场坐标系M下的分量，^Mv_rs表示卫星目标角速度^Mω_i引起的地面指向点运动线速度在中心视场坐标系M下的分量。

7.根据权利要求1所述的一种在轨高精度成像相机积分时间动态调整方法，其特征在于，所述步骤(10)中，根据目标点高程结果重新计算目标点的经度，地心纬度及地理纬度，方法如下：

10.1根据目标点高程重新计算中心视场坐标系M的Z轴指向目标点矢量r_ZM以及地心指向目标点矢量r_e在J2000惯性坐标系I下的表示：

^Ir_s为J2000惯性坐标系下的卫星矢量；C_iI为J2000惯性坐标系I转换到惯性坐标系i的坐标转换矩阵，^Ir_ZM表示中心视场坐标系M的Z轴指向目标点矢量r_ZM在J2000惯性坐标系I下的表示，ⁱr_ZM表示中心视场坐标系M的Z轴指向目标点矢量r_ZM在惯性坐标系i下的表示，C_oI表示J2000惯性坐标系I到轨道坐标系o的坐标转换矩阵，s表示中心视场坐标系M在轨道坐标系Z轴上的矢量分量，^Ir_e表示地心指向目标点矢量r_e在J2000惯性坐标系I下的表示；R_e为地球半径，h表示目标点实时高程；

10.2根据更新后的矢量^Ir_e和^Ir_ZM重新计算指向点相对于卫星的线速度在中心视场坐标系M下的分量^Mv_e；

10.3根据更新后的矢量^Ir_e重新计算目标点的经度λ_g和纬度δ_g。

8.根据权利要求1所述的一种在轨高精度成像相机积分时间动态调整方法，其特征在于，所述步骤(11)中，利用如下公式计算目标点相对地速Z轴分量的修正值：

11.1计算地垂线矢量在中心视场坐标系M下的分量：

^Mr_v＝C_MoC_oI ^Ir_v

^er_v表示地垂线矢量在地固系的投影，^Ir_v表示地垂线矢量在J2000惯性坐标系I的投影，^Mr_v表示地垂线矢量在中心视场坐标系M下的分量；λ_g为目标点的经度，δ_g为目标点的纬度；C_PN为岁差章动矩阵，λ_G为格林尼治真恒星时角，ω_e(t_g-t₀)为地球自转转过的角度，C_oI表示J2000惯性坐标系I到轨道坐标系o的坐标转换矩阵，C_Mo表示轨道坐标系o到中心视场坐标系M的转换矩阵，

11.2计算目标点相对速度Z轴分量的修正值：

其中，T为目标点在中心视场坐标系下M的矢量与坐标系Z轴的夹角，^Mv_e(3)为根据高程计算的目标点相对速度Z轴分量的修正值，^Mv_e(m)为矢量^Mv_e的第m个元素；^Mr_v(m)为矢量^Mr_v的第m个元素，m＝1，2，3。

9.根据权利要求8所述的一种在轨高精度成像相机积分时间动态调整方法，其特征在于，

10.根据权利要求1所述的一种在轨高精度成像相机积分时间动态调整方法，其特征在于，所述步骤(12)中，利用如下方式计算相机积分时间：

12.1将地面目标点的相对速度转回相机的焦平面坐标系上：

^Mfv_e＝C_fM ^Mv_e＝C₃₁₂(0,φ_r+θ_Mg,0)^TMv_e

φ_r为视向绕相机坐标系Y轴旋转角，C_fM为相机焦平面坐标系到中心视场坐标系转移矩阵，^Mfv_e为地面目标点的相对速度在相机焦平面坐标系上的表示，θ_Mg为中心视场相机Y轴偏场角；^Mv_e为指向点相对于卫星的线速度在中心视场坐标系M下的分量；C₃₁₂(0,φ_r+θ_Mg,0)为欧拉角0,φ_r+θ_Mg,0以3-1-2转序旋转的坐标转换矩阵；

12.2利用如下公式计算相机积分时间：

其中d_pld为相机像元尺寸，f_pld为相机视主距，^Ir_ZM表示中心视场坐标系M的Z轴指向目标点矢量r_ZM在J2000惯性坐标系I下的表示，^Mfv_e(m)为矢量^Mfv_e的第m个元素，T_IM为相机积分时间，m＝1，2，3。