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一種光學遙感衛星圖像定位精度確定方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201410138676.7

申請日:

2014.04.08

公開號:

CN103954297A

公開日:

2014.07.30

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G01C 25/00申請日:20140408|||公開
IPC分類號: G01C25/00 主分類號: G01C25/00
申請人: 北京空間飛行器總體設計部
發明人: 關暉; 郭倩蕊; 賈宏; 杜輝; 趙晨光; 張強; 劉紅雨
地址: 100094 北京市海淀區友誼路104號
優先權:
專利代理機構: 中國航天科技專利中心 11009 代理人: 安麗
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410138676.7

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2016.07.27|||2014.08.27|||2014.07.30

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種光學遙感衛星圖像定位精度確定方法,將圖像定位精度影響因素分為時間統一誤差、軌道確定誤差、姿態確定誤差及成像指向誤差四大類,根據我國遙感衛星設計及研制現狀,對誤差項進行由系統到分系統的逐級分解。分解后的各誤差項與衛星設計各環節相互對應,從而實現將衛星圖像定位精度的各影響因素量化為衛星設計指標。通過對圖像定位精度影像因素的分析、指標分解及量化,在衛星設計方案階段按我國遙感衛星研制現狀,給出誤差分配、誤差影響程度建議及定位精度指標計算方法,完成衛星定位精度的預估,從而指導衛星圖像定位精度設計。

權利要求書

權利要求書
1.  一種光學遙感衛星圖像定位精度確定方法,其特征在于步驟如下:
1)將光學遙感衛星圖像定位精度分解為時間統一誤差A、軌道確定誤差B、成像指向誤差以及星地一體化處理誤差;
2)確定影響時間統一誤差A的分系統為測控分系統的GPS、相機分系統及控制分系統;所述的時間統一誤差A分解為時間發送部分誤差、時間傳輸誤差及時間接收部分誤差,時間發送部分誤差根據GPS硬件的時間精度確定,并在單機測試時獲得;時間傳輸誤差為信號傳輸鏈路產生的傳輸延時,在整星測試時獲得;時間接收部分誤差由單機處理秒脈沖信號所需的處理時間所決定,通過單機測試和理論分析獲得;
3)確定影響時間統一誤差的分系統為測控分系統的GPS;所述的軌道測量誤差B由衛星軌道測量設備精度決定,在整星及單機測試時獲得;
4)成像指向誤差分解為衛星姿態測量誤差及相機成像指向誤差;所述的衛星姿態測量誤差的影響因素包括星敏感器的姿態測量精度、擾振因素G以及衛星的姿態穩定度F;其中星敏感器測量精度又分解為隨機誤差E1、低頻誤差E2與系統誤差E3;
5)確定影響相機成像指向誤差為控制分系統、相機分系統、熱控分系統及結構分系統,所述的相機成像指向誤差包括相機光軸指向穩定性C、星敏感器光軸指向穩定性D、相機與星敏感器間夾角的穩定性;其中相機與星敏感器間夾角的穩定性受結構熱變形影響,即為在軌熱變形I;在衛星發射后衛星在軌殘余應力變形H對相機成像指向誤差產生影響;
6)將星地一體化處理誤差分解為衛星系統測量誤差、地面系統處理誤差J;
7)利用誤差統計方法計算獲得圖像定位精度N=A+B+C2+D2+E12+E22+F2+G2+H2+I2+J.]]>

說明書

說明書一種光學遙感衛星圖像定位精度確定方法
技術領域
本發明涉及一種在光學遙感衛星設計中的指標確定方法,特別是一種光學遙感衛星圖像定位精度確定方法。
背景技術
圖像定位精度是決定光學遙感衛星圖像實用價值的一項重要指標,國外一些商業遙感衛星的定位精度已達到了米級,如GeoEye的定位精度約為6米,而我國從資源一號衛星的數公里定位精度,發展到目前資源三號衛星幾十米的定位精度,已經有很大提高,但與國外光學遙感衛星米級定位精度還有一定差距。
圖像定位精度是一個天地一體化指標,即與衛星系統及地面系統均相關。對衛星系統而言圖像定位精度是一個系統指標,受相機分系統、測控分系統、控制分系統、熱控分系統、結構分系統等多個分系統影響,且在衛星未發射前,無法通過地面試驗對指標進行直接驗證,屬于不可測試指標。
國外先進遙感衛星由于設計水平較高,關鍵影響部件精度較高,衛星在軌運行穩定性較高。我國遙感衛星設計水平相比于國外先進水平,還較有一定差距,且針對圖像定位精度的研究基礎尚淺,并沒有完全掌握決定圖像定位精度的關鍵技術,因此在衛星方案設計時,對圖像定位精度的設計較難量化,且缺少行之有效的分析及驗證手段。
發明內容
本發明解決的問題:克服現有技術的不足,提出一種光學遙感衛星圖像定位精度確定方法,將定位精度指標分解并量化到衛星各系統設計指標中,解決了定位精度由于受多種因素影響而在衛星設計中無法量化設計的問題,在衛星確定方案設計后可通過對定位精度指標進行誤差差分解,從而根據各誤差項預 估出圖像定位精度,并指導衛星針對影響定位精度的薄弱環節進行設計完善。
本發明的技術解決方案:一種光學遙感衛星圖像定位精度確定方法,步驟如下:
1)將光學遙感衛星圖像定位精度分解為時間統一誤差A、軌道確定誤差B、成像指向誤差以及星地一體化處理誤差;
2)確定影響時間統一誤差A的分系統為測控分系統的GPS、相機分系統及控制分系統;所述的時間統一誤差A分解為時間發送部分誤差、時間傳輸誤差及時間接收部分誤差,時間發送部分誤差根據GPS硬件的時間精度確定,并在單機測試時獲得;時間傳輸誤差為信號傳輸鏈路產生的傳輸延時,在整星測試時獲得;時間接收部分誤差由單機處理秒脈沖信號所需的處理時間所決定,通過單機測試和理論分析獲得;
3)確定影響時間統一誤差的分系統為測控分系統的GPS;所述的軌道測量誤差B由衛星軌道測量設備精度決定,在整星及單機測試時獲得;
4)成像指向誤差分解為衛星姿態測量誤差及相機成像指向誤差;所述的衛星姿態測量誤差的影響因素包括星敏感器的姿態測量精度、擾振因素G以及衛星的姿態穩定度F;其中星敏感器測量精度又分解為隨機誤差E1、低頻誤差E2與系統誤差E3;
5)確定影響相機成像指向誤差為控制分系統、相機分系統、熱控分系統及結構分系統,所述的相機成像指向誤差包括相機光軸指向穩定性C、星敏感器光軸指向穩定性D、相機與星敏感器間夾角的穩定性;其中相機與星敏感器間夾角的穩定性受結構熱變形影響,即為在軌熱變形I;在衛星發射后衛星在軌殘余應力變形H對相機成像指向誤差產生影響;
6)將星地一體化處理誤差分解為衛星系統測量誤差、地面系統處理誤差J;
7)利用誤差統計方法計算獲得圖像定位精度N=A+B+C2+D2+E12+E22+F2+G2+H2+I2+J.]]>
本發明與現有技術相比的優點在于:
(1)本發明方法解決了我國遙感衛星在方案設計中對圖像定位精度指標無法量化設計及預估的問題;
(2)確定了在衛星設計中影響衛星圖像定位精度的關鍵及薄弱環節,為開展提高圖像定位精度設計提供依據;
(3)根據目前我國遙感衛星研制情況,給出衛星系統設計中對圖像定位精度指標的影響因素的詳細分解,并將誤差項與衛星各分系統一一對應;
(4)根據分解的影響定位精度的誤差項,給出計算定位精度指標的計算公式,實現在衛星設計階段對定位精度指標的量化預估;
(5)根據目前我國遙感衛星研制情況,按無影響、影響小及影響大給出各項誤差項對定位精度影響程度建議。
附圖說明
圖1圖像定位精度影響因素分解圖;
圖2成像指向誤差影響因素分解圖。
具體實施方式
如圖1所示,本發明圖像定位精度分解為時間統一誤差A、軌道測量誤差B、成像指向誤差及星地一體化處理誤差。
其中時間統一誤差A分解為時間發送部分誤差、時間傳輸誤差及時間接收部分誤差,目前我國遙感衛星時間發送部分誤差根據GPS硬件的時間精度確定,在單機測試時獲得;時間傳輸誤差為信號傳輸鏈路產生的傳輸延時,在整星測試時獲得;時間接收部分誤差由單機處理秒脈沖信號所需的處理時間所決定,通過單機測試和理論分析獲得,根據目前我國典型遙感衛星研制現狀,確定影響定位精度的時間接收分系統為相機分系統及控制分系統。
軌道測量誤差B由衛星軌道測量設備精度決定,根據我國遙感衛星研制現狀,確定影響時間統一誤差的分系統為測控分系統的GPS,在整星及單機測試時獲得。
如圖2所示,成像時指向誤差分解為衛星姿態測量誤差及相機成像指向誤 差兩部分。姿態測量誤差包括星敏感器的姿態測量精度及衛星的姿態穩定度F,其中星敏感器測量精度又分解為隨機誤差E1、低頻誤差E2與系統誤差E3;系統誤差E3通過地面處理可以去除掉,隨機誤差E1與低頻誤差E2無法消除,通過濾波方法減小隨機誤差E1,且低頻誤差E2為星敏感器測量誤差主要來源;衛星姿態穩定度F受控制分系統及在軌太陽翼轉動機構等擾振因素影響G。成像指向穩定性包括相機光軸指向穩定性C、星敏感器光軸指向穩定性D、相機與星敏感器間夾角的穩定性,其中相機與星敏夾角穩定性主要受兩者間結構熱變形影響,即為在軌熱變形I,在各自分系統設計基礎上受衛星結構與熱控設計影響。根據我國遙感衛星研制現狀,確定影響成像時指向誤差主要為控制分系統、相機分系統、熱控分系統及結構分系統。
星地一體化處理誤差分解為衛星系統測量誤差及地面系統處理誤差J,衛星系統測量數據為地面系統處理提供處理算法的初值,不決定處理算法的精度,因此星地一體化處理誤差主要由地面系統處理誤差J,包括在軌標校及處理算法精度。
如表1所示,時間統一誤差為A;軌道測量精度為B;相機光軸指向穩定性為C;星敏光軸指向穩定性D;星敏姿態測量隨機誤差E1、低頻誤差E2、系統誤差E3;姿態穩定度F;擾振影響G;在軌殘余應力變形H;在軌熱變形I;地面處理精度J。根據誤差指標分配進行定位精度指標預估計算,去掉系統誤差,通過下式計算圖像定位精度N:
N=A+B+C2+D2+E12+E22+F2+G2+H2+I2+J.]]>
表1


根據目前我國遙感衛星研制情況,按無影響、影響小及影響大給出各項誤差對定位精度的影響程度建議。
本發明說明書中未作詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知技術。

關 鍵 詞:
一種 光學 遙感 衛星 圖像 定位 精度 確定 方法
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