星载自主引导成像地面验证方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及航天空间遥感成像任务技术领域，具体地，涉及星载自主引导成像地面验证方法。
【背景技术】
[0002]TDICCD相机对目标指向通常需要摆动机构，可以依靠摆镜实现滚动方向的侧摆，使得调整后的视场，随着卫星飞行，将在某时刻恰好能够拍摄到特定地面目标。同时，由于是线阵扫描，需要修正偏流角，航天器在轨成像期间，由于地球本身自转和航天器平台稳定度等原因，使得线阵的运动方向和相机实际成像方向并不相同，两者之间的夹角即为偏流角，像在像平面的速度即为像移速度。为保证对目标成像清晰，必须使得积分时间内光生电荷包的转移与焦平面上的像的运动保持同步。因此，需要通过适当的补偿技术来尽量减小偏流角，这里采用绕视轴姿态机动的方法补偿偏流角。由像移速度大小和偏流角来描述的像移速度矢量的快速、高效、准确解算为卫星高精度控制提供依据，因此是高分辨率清晰成像的重要前提。
[0003]星载任务实现上述过程的解算以后需要在地面验证算法的正确性，本发明解决的问题是指向的验证以及可以进一步指向偏流角的验证，并且将成像任务过程进行三维演示，创造性的解决了直观显示计算结果正确与否的问题。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种自主成像任务地面验证的方法。
[0005]根据本发明提供的一种星载自主引导成像地面验证方法，包括如下步骤:
[0006]步骤A:在场景中建立卫星；
[0007]步骤B:通过卫星指向视轴与经过成像目标最近点的时刻，验证自主引导成像时刻计算的正确性。
[0008]优选地，所述步骤B包括如下步骤:
[0009]步骤B-1:设置场景的解算起始时刻，记为时刻t0;
[0010]步骤B-2:修改卫星相机视场敏感器的水平角为0.0001° ;单步播放场景，观察该卫星相机视场经过目标的时刻，记为时刻tl，其中，时刻tl与成像时刻之差即为成像时刻解算误差;
[0011 ] 步骤B-3:修改卫星相机视场敏感器的垂直角为0.0001° ;设置场景时刻为成像时亥IJ，量取地面目标与相机视场的距离L，该距离L与卫星飞行高度的比值折合为角度，即为摆角控制量的解算误差;若摆角控制量的解算误差超过设定阈值，则认为自主引导成像时刻计算的不正确，否则，认为自主引导成像时刻计算的正确。
[0012]优选地，所述距离L与卫星飞行高度的比值根据如下计算式折合为角度:
[0013](距离L与卫星飞行高度的比值/600)*(180Ατ)。
[0014]优选地，还包括如下步骤:
[0015]步骤C:通过输出成像时刻卫星指向视轴与地球的交点的矢量在相机坐标系下的三轴速度分量来计算偏流角，验证星上偏流角计算正确性。
[0016]优选地，所述步骤C如下步骤:
[0017]步骤C-1:提取卫星指向视轴与地球地面交点处的经玮度；
[0018]步骤C-2:建立地面站，地面站的位置在卫星指向视轴与地球地面交点处:
[0019]步骤C-3:建立矢量Vector_Sat2Tar，其中，所述矢量Vector_Sat2Tar为从卫星到卫星指向视轴与地球地面交点处的矢量；
[0020]步骤C-4:相机坐标系为笛卡尔xyz坐标系，得到矢量Vector_Sat2Tar在相机坐标下的X轴、y轴、z轴的速度分量Derivative x、Derivative y'Derivative z；
[0021 ]步骤C-5:将y轴的速度分量与x轴的速度分量的比值的反正切值作为偏流角；
[0022]步骤C-6:如果步骤C-5中计算得到偏流角与星上计算的偏流角一致，则认为星上偏流角计算正确，否则，认为星上偏流角计算不正确。
[0023]优选地，所述场景为以卫星动力学数据和整星遥测数据驱动STK软件所建立的场景，其中，所述卫星动力学数据包括卫星的J2000地球惯性系坐标系下的位置、速度、卫星三轴欧拉姿态角，整星遥测数据包括目标WGS84坐标系下的位置、相机后视角、摆镜侧摆角。
[0024]优选地，卫星相机坐标系以卫星本体系为基准，312转序下的偏航滚动俯仰欧拉角为[0Φ0]，其中，312代表坐标变换的旋转顺序，依次为Z轴、X轴、y轴；Φ表示卫星相机侧摆角。
[0025]优选地，所述相机视场，具体为:
[0026]以卫星相机坐标系为基准参考坐标系，312转序下的偏航滚动俯仰欧拉角为[00η]，视场形状为矩形;所述η表示相机后视角，按照右手定则以卫星本体系+y轴为基准;312代表坐标变换的旋转顺序，依次为Z轴、X轴、y轴；Φ表示卫星相机侧摆角。
[0027]优选地，所述矢量Vector_Sat2Tar的起始点为卫星中心，结束点为卫星相机视轴与地球地面的交点。
[0028]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0029]本发明通过地面数据驱动场景演示及结果数据输出的方法验证星载自主引导成像算法及偏流角计算方法的正确性。通过动力学数据及遥测数据驱动STK场景，可显示引导正确性并计算引导精度;通过STK矢量计算功能，输出成像时刻卫星指向视轴与地球的交点的矢量在相机坐标系下的三轴速度分量来计算偏流角，从而验算星载偏流角算法的正确性。本发明为卫星正确的完成自主成像任务提供了有效的验证手段。
【附图说明】
[0030]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:
[0031]图1为引导成像正确性验证总示意图。
【具体实施方式】
[0032]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。
[0033]本发明旨在验证星载自主引导成像算法的正确性;星上实时自主获知地面目标坐标，并能够在轨自主解算成像任务参数，为了验证星载算法的正确性，本发明为这种需求提供了一种地面验证解决方法。星上实现时，在轨获取地面点目标坐标后，快速求解相机指向调整参数以及成像开始时刻等任务执行参数，以确保卫星能够自主、实时、快速、精准的对目标成像，即谓自主引导成像。为了验证上述步骤，在地面通过动力学及遥测数据驱动STK场景，可显示并计算引导精度;TD1-CCD相机的偏流角修正可通过视轴指向处的像移在相机像平面坐标系下的表达，验证星上偏流角算法的正确性。
[0034]具体地，根据本发明提供的一种星载自主引导成像地面验证方法，包括如下步骤:
[0035]步骤A:在场景中建立卫星；
[0036]步骤B:通过卫星指向视轴与经过成像目标最近点的时刻，验证自主引导成像时刻计算的正确性。
[0037]优选地，所述步骤B包括如下步骤:
[0038]步骤B-1:设置场景的解算起始时刻，记为时刻t0;
[0039]步骤B-2:修改卫星相机视场敏感器的水平角为0.0001°;单步播放场景，观察该卫星相机视场经过目标的时刻，记为时刻tl，其中，时刻tl与成像时刻之差即为成像时刻解算误差;
[0040]步骤B-3:修改卫星相机视场敏感器的垂直角为0.0001° ;设置场景时刻为成像时亥IJ，量取地面目标与相机视场的距离L，该距离L与卫星飞行高度的比值折合为角度，即为摆角控制量的解算误差;若摆角控制量的解算误差超过设定阈值，则认为自主引导成像时刻计算的不正确，否则，认为自主引导成像时刻计算的正确。
[0041]优选地，所述距离L与卫星飞行高度的比值根据如下计算式折合为角度:
[0042](距离L与卫星飞行高度的比值/600)*(180Ατ)。
[0043]优选地，还包括如下步骤:
[0044]步骤C:通过输出成像时刻卫星指向视轴与地球的交点的矢量在相机坐标系下的三轴速度分量来计算偏流角，验证星上偏流角计算正确性。
[0045]优选地，所述步骤C如下步骤:
[0046]步骤C-1:提取卫星指向视轴与地球地面交点处的经玮度；
[0047]步骤C-2:建立地面站，地面站的位置在卫星指向视轴与地球地面交点处:
[0048]步骤C-3:建立矢量Vector_Sat2Tar，其中，所述矢量Vector_Sat2Tar为从卫星到卫星指向视轴与地球地面交点处的矢量；
[0049]步骤C-4:相机坐标系为笛卡尔xyz坐标系，得到矢量Vector_Sat2Tar在相机坐标下的X轴、y轴、z轴的速度分量Derivative x、Derivative y'Derivative z；
[0050]步骤C-5:将y轴的速度分量与x轴的速度分量的比值的反正切值作为偏流角；
[0051]步骤C-6:如果步骤C-5中计算得到偏流角与星上计算的偏流角一致，则认为星上偏流角计算正确，否则，认为星上偏流角计算不正确。
[0052]优选地，所述场景为以卫星动力学数据和整星遥测数据驱动STK软件所建立的场景，其中，所述卫星动力学数据包括卫星的J2000地球惯性系坐标系下的位置、速度、卫星三轴欧拉姿态角，整星遥测数据包括目标WGS84坐标系下的位置、相机后视角、摆镜侧摆角。
[0053]优选地，卫星相机坐标系以卫星本体系为基准，312转序下的偏航滚动俯仰欧拉角为[0Φ0]，其中，312代表坐标变换的旋转顺序，依次为Z轴、X轴、y轴；Φ表示卫星相机侧摆角。
[0054]优选地，所述相机视场，具体为:
[0055]以卫星相机坐标系为基准参考坐标系，312转序下的偏航滚动俯仰欧拉角为[00η]，视场形状为矩形;所述η表示相机后视角，按照右手定则以卫星本体系+y轴为基准;312代表坐标变换的旋转顺序，依次为Z轴、X轴、y轴；Φ表示卫星相机侧摆角。
[0050]优选地，所述矢量Vector_