用于全物理仿真卫星视线指向的测量误差修正方法及系统与流程

本发明涉及空间飞行器试验技术，具体地，涉及一种用于全物理仿真卫星视线指向的测量误差修正方法及系统。

背景技术：

图像定位配准是影响气象卫星遥感图像产品质量的关键指标，直接反映了遥感图像信息与目标之间的空间对应关系。对气象卫星业务图像产品定位的定量应用有着重要作用，如对区域复杂天气情况的精确定位，准确跟踪恶劣天气以及生成云图动画等。为了确保卫星图像定位与配准技术方案的准确性，需在地面进行全物理仿真试验，通过卫星视线的指向变化获取图像定位与配准性能。本专利针对全物理仿真试验的需求，提出了适用于全物理仿真的卫星实现指向方向的测量误差校正方法，提高了试验精度。

专利文献cn201810617228.3公开了一种充液航天器姿态动力学全物理仿真试验系统及方法,该系统包括一套液体晃动力矩模拟系统，介绍了基于三轴气浮台的全物理仿真方法，但仅对卫星的动力学特性进行了验证，未考虑卫星视线测量的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于全物理仿真卫星视线指向的测量误差修正方法及系统。

根据本发明提供的一种用于全物理仿真卫星视线指向的测量误差修正方法，包括：

步骤s1：根据全物理仿真设备三轴气浮台的转动中心坐标测量控制信息，测量全物理仿真设备三轴气浮台的转动中心坐标，获取全物理仿真设备三轴气浮台的转动中心坐标测量结果信息；

步骤s2：根据全物理仿真设备三轴气浮台的转动中心坐标测量结果信息，测量卫星视线的出射点在三轴气浮台本体坐标系下的坐标分量，获取卫星视线的出射点在三轴气浮台本体坐标系下的坐标分量测量结果信息；

步骤s3：根据卫星视线的出射点在三轴气浮台本体坐标系下的坐标分量测量结果信息，在卫星视线动态测量过程中，进行测量误差校正，获取用于全物理仿真的卫星视线指向的测量误差修正结果信息。

优选地，所述步骤s1包括：

步骤s1.1：根据全物理仿真设备三轴气浮台的转动中心坐标测量控制信息，通过激光跟踪仪测量全物理仿真设备三轴气浮台的转动中心坐标，获取全物理仿真设备三轴气浮台的转动中心坐标测量结果信息。

优选地，所述步骤s2包括：

步骤s2.1：首先测量三轴气浮台转动中心在激光跟踪仪坐标系下的坐标分量；

步骤s2.2：测量卫星视线的出射点在激光跟踪仪坐标系下的坐标分量；

优选地，所述步骤s2还包括：

步骤s2.3：结合气浮台本体坐标系与激光跟踪仪坐标系的转换关系，得到卫星视线的出射点在三轴气浮台本体坐标系下的坐标分量。

优选地，所述步骤s3还包括：

步骤s3.1：根据卫星视线的出射点在三轴气浮台本体坐标系下的坐标分量测量结果信息，在卫星视线动态测量过程中，结合三轴气浮台的实际姿态信息进行测量误差校正，获取用于全物理仿真的卫星视线指向的测量误差修正结果信息。

根据本发明提供的一种用于全物理仿真卫星视线指向的测量误差修正系统，包括：

模块m1：根据全物理仿真设备三轴气浮台的转动中心坐标测量控制信息，测量全物理仿真设备三轴气浮台的转动中心坐标，获取全物理仿真设备三轴气浮台的转动中心坐标测量结果信息；

模块m2：根据全物理仿真设备三轴气浮台的转动中心坐标测量结果信息，测量卫星视线的出射点在三轴气浮台本体坐标系下的坐标分量，获取卫星视线的出射点在三轴气浮台本体坐标系下的坐标分量测量结果信息；

模块m3：根据卫星视线的出射点在三轴气浮台本体坐标系下的坐标分量测量结果信息，在卫星视线动态测量过程中，进行测量误差校正，获取用于全物理仿真的卫星视线指向的测量误差修正结果信息。

优选地，所述模块m1包括：

模块m1.1：根据全物理仿真设备三轴气浮台的转动中心坐标测量控制信息，通过激光跟踪仪测量全物理仿真设备三轴气浮台的转动中心坐标，获取全物理仿真设备三轴气浮台的转动中心坐标测量结果信息。

优选地，所述模块m2包括：

模块m2.1：首先测量三轴气浮台转动中心在激光跟踪仪坐标系下的坐标分量；

模块m2.2：测量卫星视线的出射点在激光跟踪仪坐标系下的坐标分量；

优选地，所述模块m2还包括：

模块m2.3：结合气浮台本体坐标系与激光跟踪仪坐标系的转换关系，得到卫星视线的出射点在三轴气浮台本体坐标系下的坐标分量。

优选地，所述模块m3还包括：

模块m3.1：根据卫星视线的出射点在三轴气浮台本体坐标系下的坐标分量测量结果信息，在卫星视线动态测量过程中，结合三轴气浮台的实际姿态信息进行测量误差校正，获取用于全物理仿真的卫星视线指向的测量误差修正结果信息。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明可有效消除卫星视线的出射点平移引起的测量误差，提高全物理仿真试验中的卫星视线指向测量精度；

2、本发明可动态测量卫星视线上的两个点的坐标，通过两点准确确定了卫星视线的精确指向，消除了平移引起的测量误差；

3、本发明流程构造合理，使用方便，能够克服现有技术的缺陷。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中全物理仿真卫星视线指向的测量误差示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

一种用于全物理仿真卫星视线指向的测量误差修正方法及系统包括：

1、三轴气浮台转动中心坐标测量方法

三轴气浮台转动过程中，转动中心o在空间中的位置保持不变。在三轴气浮台上任意选一点p，设其到转台旋转中心的距离为r，在转动过程中r一直保持不变。在三轴气浮台转动过程中，通过激光跟踪仪对p点进行多次测量，可获取一系列的空间坐标点p1、p2、…pn。上述n个坐标点在空间中分布在一个半径为r的球面上，通过对n个点进行曲面拟合，即可求出三轴气浮台的转动中心o在激光跟踪仪坐标系下的分量og。

2、卫星视线的出射点坐标测量方法

首先，利用激光跟踪仪的测点坐标功能，测量卫星视线的出射点d在激光跟踪仪坐标系下的坐标分量，记为dg。此时，三轴气浮台转动中心到卫星视线出射点的矢量在激光跟踪仪坐标系下的分量为：

上式中，dg为卫星视线的出射点d在激光跟踪仪坐标系下的坐标分量；og为三轴气浮台转动中心在激光跟踪仪坐标系下的坐标分量；为三轴气浮台转动中心到卫星视线出射点的矢量在激光跟踪仪坐标系下的分量。

结合激光跟踪仪坐标系相对三轴气浮台本体坐标系的转换关系，可得到：

上式中，为三轴气浮台转动中心到卫星视线出射点的矢量在三轴气浮台本体坐标系下的分量。agb为激光跟踪仪坐标系相对三轴气浮台本体坐标系的转换矩阵，可通过激光跟踪仪的测角功能获取。

结合上式，可得出卫星视线的出射点在三轴气浮台本体坐系下的坐标分量db为：

上式中，db为卫星视线的出射点在三轴气浮台本体坐系下的坐标分量。ob为三轴气浮台转动中心在三轴气浮台本体坐系下的坐标分量，考虑到三轴气浮台的转动中心是三轴气浮台本体坐系的原点，即ob＝[000]'。

3、卫星视线指向测量方法

三轴气浮台转动过程中，由于卫星视线出射点与转动中心不重合，三轴气浮台转动时，卫星视线的出射点产生平动位移。此时，若直接通过屏幕上的光点位移变化评估卫星的视线变化，则会引入平动位移误差。为了对视线测量误差进行校正，需结合三轴气浮台的姿态信息，同时获取屏幕光点和卫星视线出射点的实时坐标，剥离平移误差，准确得到卫星实现的指向。

首先，可通过激光跟踪仪获取测量屏幕上的光点在激光跟踪仪坐标系下的分量，记为sg。

然后，结合三轴气浮台的姿态信息，计算卫星视线出射点的在激光跟踪仪坐标系下的实时分量：

上式中，dg为卫星视线的出射点d在激光跟踪仪坐标系下的坐标分量；og为三轴气浮台转动中心在激光跟踪仪坐标系下的坐标分量；abg为三轴气浮台本体坐标系相对激光跟踪仪坐标系的转换矩阵；t表示时间。

通过上述方式，可动态测量卫星视线上的两个点的坐标，通过两点准确确定了卫星视线的精确指向，消除了平移引起的测量误差。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。