用于空間光學(xué)相機(jī)的無地面控制點(diǎn)定位方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)遙感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于空間光學(xué)相機(jī)的無地面控制點(diǎn)定位方法以及用于空間光學(xué)相機(jī)的無地面控制點(diǎn)定位裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]對于光學(xué)遙感衛(wèi)星而言，一個非常重要的功能是準(zhǔn)確地獲取地面目標(biāo)的位置信息，即對地面目標(biāo)進(jìn)行高精度定位(即幾何定位)。然而，衛(wèi)星內(nèi)方位元素(如光學(xué)畸變和像差等)以及外方位元素(如衛(wèi)星位置測量誤差、姿態(tài)測量誤差以及載荷安裝誤差等)均會影響衛(wèi)星對地面目標(biāo)的定位精度。雖然利用地面控制點(diǎn)可以提高衛(wèi)星對地面目標(biāo)的定位精度，但是，在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常會存在無地面控制點(diǎn)的情況，如在對海洋目標(biāo)成像過程中，成像區(qū)域內(nèi)經(jīng)常難以獲取到地面控制點(diǎn)(如海島等)，從而無法利用地面控制點(diǎn)來提高衛(wèi)星對地面目標(biāo)的定位精度。
[0003]在無地面控制點(diǎn)的情況下，如果能夠獲取相機(jī)光軸(即相機(jī)成像光光軸)真實(shí)的指向信息，則同樣可以實(shí)現(xiàn)地面目標(biāo)的高精度定位。目前，通常是基于慣性傳感器來獲取相機(jī)光軸真實(shí)的指向信息的，例如，以剛性連接方式在相機(jī)上設(shè)置慣性傳感器。該方法雖然能夠在一定程度上減小相機(jī)光軸的指向誤差，但是，對于一些高精度、高分辨率的光學(xué)遙感衛(wèi)星來說，該方法仍無法滿足精度要求。
[0004]發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明過程中發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星上存在微振動環(huán)境，微振動環(huán)境中的微振動源如衛(wèi)星中的動量輪、控制力矩陀螺、太陽帆板驅(qū)動機(jī)構(gòu)以及天線指向機(jī)構(gòu)等設(shè)備的周期運(yùn)動，再如離子推進(jìn)器、低溫制冷機(jī)的工作以及環(huán)境擾動引起的結(jié)構(gòu)振動等。微振動源會使相機(jī)內(nèi)部的光學(xué)單元發(fā)生抖動，從而使相機(jī)光軸的真實(shí)指向與通過慣性傳感器測量獲得的衛(wèi)星姿態(tài)存在較大偏差，進(jìn)而使光學(xué)遙感衛(wèi)星對地面目標(biāo)的定位精度受到了影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述問題，提出了本發(fā)明以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的用于空間光學(xué)相機(jī)的無地面控制點(diǎn)定位方法和裝置。
[0006]依據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于空間光學(xué)相機(jī)的無地面控制點(diǎn)定位方法，該方法包括:由第一激光源和第二激光源產(chǎn)生相互不平行的第一參考激光束和第二參考激光束；測量慣性測量單元坐標(biāo)系Z軸在積分時間段的積分初始時刻關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系X軸的指向角、關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系I軸的指向角以及關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系Z軸的指向角；使所述第一參考激光束和第二參考激光束進(jìn)入相機(jī)的光學(xué)單元并入射到相機(jī)焦平面的分視場上；測量第一參考激光束和第二參考激光束在所述積分時間段的積分初始時刻在相機(jī)焦平面的分視場上的光斑位置信息；根據(jù)所述光斑位置信息和預(yù)先設(shè)定的光斑目標(biāo)位置信息確定空間光學(xué)相機(jī)光軸在積分初始時刻關(guān)于慣性測量單元坐標(biāo)系X軸的偏轉(zhuǎn)角以及空間光學(xué)相機(jī)光軸在積分初始時刻關(guān)于慣性測量單元坐標(biāo)系y軸的偏轉(zhuǎn)角，并根據(jù)所述關(guān)于慣性測量單元坐標(biāo)系X軸的偏轉(zhuǎn)角與關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系X軸的指向角的疊加以及關(guān)于慣性測量單元坐標(biāo)系y軸的偏轉(zhuǎn)角與關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系y軸的指向角的疊加確定空間光學(xué)相機(jī)光軸在積分初始時刻關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系的X軸的指向信息和I軸的指向信息；根據(jù)兩個光斑位置信息以及預(yù)先設(shè)定的兩個光斑目標(biāo)位置信息形成的四邊形確定空間光學(xué)相機(jī)光軸在積分初始時刻關(guān)于慣性測量單元坐標(biāo)系z軸的偏轉(zhuǎn)角；根據(jù)空間光學(xué)相機(jī)光軸在所述積分時間段的積分初始時刻關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系Z軸的指向角與所述關(guān)于慣性測量單元坐標(biāo)系Z軸的偏轉(zhuǎn)角的疊加確定空間光學(xué)相機(jī)光軸在積分初始時刻關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系的Z軸的指向信息；將三個指向信息作為空間光學(xué)相機(jī)光軸在整個積分時間段的光軸指向信息。
[0007]依據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了一種用于空間光學(xué)相機(jī)的無地面控制點(diǎn)定位裝置，該裝置主要包括:慣性參考激光單元、角錐棱鏡、第一位置探測器、第二位置探測器、XY疊加運(yùn)算單元以及Z運(yùn)算單元；慣性參考激光單元，用于由第一激光源和第二激光源產(chǎn)生相互不平行的第一參考激光束和第二參考激光束，并測量慣性測量單元坐標(biāo)系Z軸在積分時間段的積分初始時刻關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系X軸的指向角、關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系I軸的指向角以及關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系z軸的指向角；角錐棱鏡，設(shè)置于第一參考激光束和第二參考激光束的光路上，用于使所述第一參考激光束和第二參考激光束進(jìn)入相機(jī)的光學(xué)單元并入射到相機(jī)焦平面的分視場上；第一位置探測器，設(shè)置于相機(jī)焦平面的分視場上，且與相機(jī)焦平面剛性連接，用于測量第一參考激光束在積分時間段的積分初始時刻在相機(jī)焦平面的分視場上的光斑位置信息；第二位置探測器，設(shè)置于相機(jī)焦平面的分視場上，且與相機(jī)焦平面剛性連接，用于測量第二參考激光束在所述積分時間段的積分初始時刻在相機(jī)焦平面的分視場上的光斑位置信息；χγ疊加運(yùn)算單元，用于根據(jù)所述光斑位置信息和預(yù)先設(shè)定的光斑目標(biāo)位置信息確定空間光學(xué)相機(jī)光軸在積分初始時刻關(guān)于慣性測量單元坐標(biāo)系X軸的偏轉(zhuǎn)角以及空間光學(xué)相機(jī)光軸在積分初始時刻關(guān)于慣性測量單元坐標(biāo)系y軸的偏轉(zhuǎn)角，并根據(jù)所述關(guān)于慣性測量單元坐標(biāo)系X軸的偏轉(zhuǎn)角與關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系X軸的指向角的疊加以及關(guān)于慣性測量單元坐標(biāo)系y軸的偏轉(zhuǎn)角與關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系y軸的指向角的疊加確定空間光學(xué)相機(jī)光軸在積分初始時刻關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系的X軸的指向信息和y軸的指向信息；Z運(yùn)算單元，用于根據(jù)兩個光斑位置信息以及預(yù)先設(shè)定的兩個光斑目標(biāo)位置信息形成的四邊形確定空間光學(xué)相機(jī)光軸在積分初始時刻關(guān)于慣性測量單元坐標(biāo)系z軸的偏轉(zhuǎn)角，并根據(jù)空間光學(xué)相機(jī)光軸在所述積分時間段的積分初始時刻關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系z軸的指向角與所述關(guān)于慣性測量單元坐標(biāo)系z軸的偏轉(zhuǎn)角的疊加確定空間光學(xué)相機(jī)光軸在積分初始時刻關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系的z軸的指向信息；其中，三個指向信息被作為空間光學(xué)相機(jī)光軸在整個積分時間段的光軸指向信息。
[0008]本發(fā)明提供的用于空間光學(xué)相機(jī)的無地面控制點(diǎn)定位方法和裝置至少具有下列優(yōu)點(diǎn)及有益效果:本發(fā)明通過引入相互不平行的兩參考激光束，并測量慣性測量單元坐標(biāo)系Z軸在積分時間段的積分初始時刻關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系X軸的指向角、關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系y軸的指向角以及關(guān)于慣性空間坐標(biāo)系z軸的指向角，可以獲得慣性測量單元坐標(biāo)系Z軸在每一個積分時間段的積分初始時刻的指向角信息；通過利用兩參考激光束在進(jìn)入相機(jī)的光學(xué)單元后在相機(jī)焦平面的分視場上的光斑位置信息，可以獲得在積分時間段的積分初始時刻空間光學(xué)相機(jī)光軸相對于慣性測量單元坐標(biāo)系各軸的偏轉(zhuǎn)變化；通過利用上述指向角以及上述偏轉(zhuǎn)變化就可以獲得空間光學(xué)相機(jī)光軸在整個積分時間段的指向，從而解決了難以實(shí)時精確地測量出光學(xué)遙感衛(wèi)星的相機(jī)光軸真實(shí)指向的問題，能夠?qū)崟r地建立起光學(xué)遙感衛(wèi)星獲得的遙感圖像與實(shí)際地理位置之間的精確的對應(yīng)關(guān)系，這樣，在無地面控制點(diǎn)的情況下，光學(xué)遙感衛(wèi)星仍然能夠?qū)崟r地實(shí)現(xiàn)地面目標(biāo)的精確定位；由于本發(fā)明并不是依賴于地面光照條件以及地面景物特點(diǎn)等參考量來確定相機(jī)光軸的真實(shí)指向，而是依賴于參考激光束來確定相機(jī)光軸的真實(shí)指向，因此，本發(fā)明可以全天時且全天侯地精確測量出相機(jī)光軸的真實(shí)指向；最終本發(fā)明提供的技術(shù)方案提高了無地面控制點(diǎn)的定位精度。
[0009]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
【附圖說明】
[0010]通過閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。本實(shí)施例的附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中:
[0011]圖1為慣性測量單元的三維坐標(biāo)系示意圖；
[0012]圖2為本發(fā)明的用于空間光學(xué)相機(jī)的無地面控制點(diǎn)定位方法流程圖；
[0013]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的慣性參考激光束的光斑位置變化示意圖；
[0014]圖4為本發(fā)明的用于空間光學(xué)相機(jī)的無地面控制點(diǎn)定位裝置示意圖；
[0015]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的慣性參考激光單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]附圖標(biāo)記說明:
[0017]I慣性參考激光單元；2第一參考激光束；3第二參考激光束；
[0018]4角錐棱鏡；5相機(jī)主鏡；6相機(jī)次鏡；
[0019]7相機(jī)焦平面；8第一位置探測器；9第二位置探測器；
[0020]10相機(jī)內(nèi)部抖動導(dǎo)致的光軸偏轉(zhuǎn)角信息A ;
[0021]11恒星；12星敏感器；13標(biāo)校單元；
[0022]14慣性測量單元Z軸指向角信息；
[0023]15 XY疊加運(yùn)算單元；
[0024]16 X和Y方向光軸指向測量結(jié)果；
[0025]17相機(jī)內(nèi)部抖動導(dǎo)致的光軸偏轉(zhuǎn)角信息B ;
[0026]18邊長運(yùn)算單元； 19 Z疊加運(yùn)算單元；
[0027]20 Z方向光軸指向測量結(jié)果；
[0028]21相機(jī)承力板； 22被拍攝目標(biāo)； 23成像光；
[0029]24第一位置探測器的中心，記作點(diǎn)A。；
[0030]25 T時刻第一參考激光束的光斑在第一位置探測器的位置，記作點(diǎn)Ατ;
[0031]26第二位置探測器的中心，記作點(diǎn)B。；
[0032]27 T時刻第二參考激光束的光斑在第二位置探測器的位置，記作點(diǎn)Bt;
[0033]28第一激光輸出組件；29第二激光輸出組件；
[0034]30慣性傳感器；31基座。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。雖然附圖中顯示了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例所限制。相反，提供這些實(shí)施例是為了能夠更透徹地理解本發(fā)明，并且能夠?qū)⒈景l(fā)明的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。
[0036]本發(fā)明的慣性測量單元具有由相互垂直的X軸、y軸、z軸組成的三維坐標(biāo)系，該三維坐