高分多模卫星图像定位精度保证设计与验证

从高分多模卫星相机成像和处理链路出发,对图像定位精度的影响环节和因素进行研究,针对主要影响因素结合当前设计水平综合考虑,建立了包含轨道确定、姿态测量、时间同步、结构稳定性、相机内方位元素稳定性、地面标定与处理等多个方面的天地一体化图像定位精度保证体系,针对各项提出了具体的系统配置和软件算法设计方案,分别采取了仿真分析、测试和试验等方法进行了验证。介绍了高分多模卫星在轨的轨道确定,姿态测量,内、外方位元素稳定性的情况,对下传的图像几何定位精度进行分析和评价,实际在轨表现与设计预估状态基本一致,表明图像定位精度设计方案和控制措施有效,实现在星下点30°角范围内图像无控制点定位精度优于5 m(1σ)。     

基于时间误差补偿的HJ-1C卫星几何定位改进

利用距离多普勒算法对 HJ-1C（“环境一号”C）卫星图像进行定位,其初始定位精度为1100~1400m,不能很好地满足实际应用的需要。进一步分析后发现,HJ-1C卫星图像几何定位误差主要分布在方位向,通过对影响HJ-1C卫星几何定位精度的因素进行分析,得出合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）时间误差是影响几何定位的关键因素,因此文章提出通过时间误差补偿提高HJ-1C卫星几何定位精度。该方法首先计算SAR时间误差,然后对SAR载荷时间进行补偿,最后利用距离多普勒算法进行定位,并对HJ-1C卫星图像进行了验证。结果表明,HJ-1C卫星定位精度提高到300m左右,得到了有效的改进。     

关于星载光学遥感相机信噪比指标的讨论

星载光学遥感相机信噪比是仪器的一个非常重要的性能指标,信噪比的大小对测绘高程定位精度有很大影响。文章通过计算机仿真实验定量研究了光学遥感相机信噪比与测绘卫星高程定位精度之间的关系,包括三维地物模型建立与模拟成像、特征点提取与匹配、高程值计算等。实验结果表明在计算机仿真得到的理想图像中,当图像调制传递函数值为0.15时,信噪比应大于35dB才能满足测绘高程定位精度的要求。考虑到遥感相机在轨运行时大气和真实场景的影响,光学遥感相机信噪比应大于40dB。     

遥感卫星图像几何定位精度评估方法浅析

遥感卫星图像的几何定位精度是卫星遥感能力地面预估或在轨评价的重要指标之一。利用传统评价方法得到的几何定位精度不能完全反映遥感卫星的定位能力,针对不同的几何定位精度,需要更加准确的评价方法。文章首先介绍了几何定位精度的概念,并且分析了内部和外部几何定位精度的区别;其次通过对中误差和圆概率误差的研究,比较其各自的优缺点;最后采用不同的几何定位精度评价方法对仿真数据进行评估,结果表明选择合适的几何定位精度评价方法可以得到更准确可靠的评价结果。     

中高轨卫星海洋成像图像几何定位精度提升方法

针对中高轨卫星海洋成像时缺少控制点下的图像定位精度提升问题,提出一种提升定位精度的方法。该方法利用中高轨卫星成像范围大,配合姿态机动,在短时间内寻找有特征点的区域,通过卫星图像与高精度控制图像进行匹配,寻找控制点,求解偏置矩阵,并将该区域的偏置矩阵补偿到海洋地区,以达到提升图像定位精度的目的。结合中高轨卫星成像特点,对河南嵩山检校场和太原区域图像进行仿真,并利用嵩山检校场数据进行在轨几何检校,将检校参数补偿到太原区域。仿真结果表明:无控制点定位精度从118.3个像素提高到37.8个像素,证明了文章提出方法的有效性。     

资源三号卫星结构稳定性设计与实现

结构稳定性是影响卫星图像定位精度的重要环节。文章介绍了资源三号卫星在系统、相机、结构等方面为提高结构稳定性所采取的技术措施。资源三号卫星采用3台星敏感器与3台测绘相机一体化设计,并对星敏感器支架和相机支架等关键结构进行高稳定设计,提高星上姿态测量基准与成像基准的匹配精度;测绘相机采用低畸变光学系统设计,以提高相机内部稳定性;基于整星有限元模型对相机光轴在轨指向进行了仿真分析,并开展地面试验对设计和分析进行验证。卫星在轨数据表明:相机支架、星敏感器支架等结构在轨稳定性良好,卫星图像定位精度超过任务指标要求,相关设计、分析与试验技术可为后续高精度遥感卫星提供参考。     

影响天文导航系统定位精度的两个因素分析

本文的目的是研究影响天文导航系统定位精度的两个因素–时间和重力矢量方向。首先对影响天文导航系统定位精度的两个因素进行了理论分析并首次给出了理论公式,然后通过计算机仿真试验分析了两个因素对天文导航系统定位精度的影响程度。最后给出了对工程实践具有指导意义的结论。
     

车辙图像频域分析及星球车车轮滑转率估计方法

在月面环境下车轮滑转影响月球车的运动性能和定位精度,针对星球车车轮滑转率检测问题,提出一种基于车辙图像频域特征的滑转率估计方法。通过分析车轮与土壤相互作用过程与车辙形成机理,建立车辙的时域参数化解析模型。并在车辙构造时域解析模型基础上,通过对车辙图像进行频域分析,建立了基于车辙图像基频特征的车轮滑转率估计模型。此外,介绍了一种适用于该方法的车辙频域特征提取和图像处理技术。通过试验证明,该方法只需检测车辙图像基频便可以实现车轮滑转率非接触式精确估计。采用本方法估计车轮滑转率,相对精度可达3%。     

一种星载激光测距仪姿态的确定方法及误差分析

激光测距仪与立体测绘相机在对地目标定位方面具有较强的互补性,将两者结合可以获取较高的地面目标三维定位精度。利用激光测距仪辅助立体测绘相机实现全球大比例尺无控测图是当今测绘卫星的发展方向。激光测距仪的定位精度主要受俯仰角和侧摆角的影响,由于失重、热交变、微振动等外界环境的影响以及激光器发射激光束存在自身抖动,星载激光测距仪的激光出射方向是不断变化的。为实现高精度地面目标定位,满足大比例尺测绘需求,需要对激光出射方向进行精确测量。文章提出了一种基于足印记录相机的激光测距仪姿态确定方法,该方法采用足印记录相机、地相机图像联合处理的技术,解决了激光测距仪姿态角和激光指向高精度确定问题。通过误差分析,该方法能够满足1︰10 000比例尺定位精度的要求。     

中国海洋一号卫星遥感图像GPS地理定位算法研究与实现

介绍了GPS数据在中国海洋一号卫星遥感图像地理定位中的应用,即利用中国海洋一号卫星下行数据中的GPS数据和轨道拟合技术,得到卫星轨道参数,从而对中国海洋一号卫星十波段水色扫描仪获取的遥感图像进行地理定位。该技术突破了遥感图像地理定位必须利用卫星轨道报的传统手段,为配备有GPS的新一代遥感卫星的用户提供一种简便有效、定位精度高的地理定位方法。该方法定位精度优于利用轨道报进行地理定位得到的结果。     

大型索网式可展开天线在轨高精度指向控制

以星载大型索网式可展开天线为对象,研究在轨工作过程中天线视轴高精度高稳定度指向控制方法。首先,基于Craig-Bampton法建立表征天线指向的动力学模型;然后针对天线振动对视轴指向的影响,设计PD反馈+陷波滤波器的控制算法;进一步分析影响指向精度的因素,设计带有调节滤波器的改进控制器以减小天线视轴指向的周期性误差,提高指向精度与稳定度。最后,给出数值仿真校验的结果并与现有的方法进行比较。结果表明,所提出的控制算法在保证天线指向稳定的同时,可以有效减小天线视轴的指向偏差,并对干扰与振动具有良好的鲁棒性。     

激光星间链路终端指向误差标定中的误差分离研究

针对激光星间链路终端指向误差在轨标定中航天器姿态测量误差影响标定结果的问题，本文提出了基于多链路测量的航天器姿态测量误差分离方法。该方法利用了导航星座中同一航天器同时建立多条链路的特点，获取不同方向的LCT指向误差测量数据。通过同时估计航天器姿态测量误差与LCT自身指向误差参数，实现了航天器姿态测量误差与LCT自身指向误差的分离。仿真结果表明：航天器姿态测量误差对LCT指向误差标定结果有显著影响，利用本方法进行误差分离后，LCT指向误差标定结果最大偏差由分离前的64.9 μrad下降到误差分离(6条链路)后的21.1 μrad，有效降低了航天器姿态测量误差对LCT指向误差标定结果的影响。该方法的有效性取决于链路条数和链路拓扑构型。     

卫星导航系统天线阵接收机波束指向误差分析

研究表明：卫星导航系统阵元几何位置误差是影响波束指向误差的主要因素,而卫星和接收机位置误差则影响甚微,其中千米级的卫星位置误差以及接收机位置误差导致的波束指向误差不超过0.1°,而毫米级的阵元几何位置随机误差可导致典型7阵元天线阵波束指向误差达到几度。该研究成果可为卫星导航系统天线阵接收机的设计提供依据。     

星载天线指向精度建模与分析

随着天线定位机构运动日趋复杂以及对定位机构任务要求的不断提高,提高指向精度已成为星载天线机构能力提升的核心。综合考虑卫星姿态控制误差、展开机构误差、双轴驱动机构误差和反射面误差等因素,利用齐次变换矩阵得到天线指向运动学误差等式,从而得到天线指向精度分析的一般方法。以某星载点波束定位机构为例,对各误差源的影响进行了分析,...     

基于捷联惯导高保真误差模型的非线性滤波算法

针对捷联惯导系统在大姿态误差条件的对准问题,推导了高保真非线性误差模型。该模型采用欧拉角表示姿态误差,并用与导航解算相同的姿态更新算法准确描述了姿态误差的传播规律。利用该模型设计了扩展卡尔曼滤波器,并以二位置对准为例,比较该模型与线性模型和大方位误差模型的滤波效果。仿真实验结果表明在小角度误差和大方位误差条件下,基于高保真模型的滤波器估计精度都优于其它两种模型,且在大水平姿态误差条件下滤波精度也很高。     

基于蒙特卡洛法的卫星天线板展开精度分析

卫星天线板的展开精度对卫星在轨工作精度有影响显著,展开精度受多种因素影响,其中加工装配误差难以避免且具有不确定性,需利用统计和概率方法进行研究。文章分析了卫星天线板支撑机构锁定铰链锁定位置偏差对天线板展开精度的影响;建立了卫星天线板动力学模型,提取动力学分析结果作用于展开状态的天线板有限元模型进行静力分析,得到结构节点变形;定义了衡量天线板变形程度的精度指标,包括平面度偏差和指向角度偏差;基于给定的铰链锁定误差分布,采用蒙特卡洛法得到了天线板展开状态下精度指标的概率分布,拟合并验证了其满足正态分布,为天线板的可靠性设计和展开精度改进提供了依据。     

单轴速率三轴位置惯性测试转台误差及传递分析

阐述了单轴速率三轴位置惯性测试转台系统误差的种类,诸如安装面与轴线平行度、位置精度和回转精度等,主要来源于安装工艺、控制系统精度、测角系统精度以及机械磨损等因素,不可避免地存在于转台系统中。由此产生了综合性的指向误差并对测试数据造成影响,文章根据飞行仿真转台的指向误差公式推导出了适合本实验用惯性测试转台的误差计算公式。依据实际的测试流程计算出各轴的指向误差,得出标度因数、阈值、分辨率等参数测试时,指向误差使得被测参数偏小;而对于交叉耦合参数,造成被测参数偏大,在对高精度陀螺组合测试时应予以估计和补偿。     

星载天线双轴定位机构指向精度分析

以星载天线双轴定位机构为对象,分析了其指向精度的影响因素,从传动误差、测量误差、安装误差以及热变形误差等方面,研究了各项精度影响因素的分析模型和计算方法,建立了指向精度的分析模型,并以某一天线双轴定位机构为例进行指向精度分析。     

基于历元间差分技术的精密单点定位研究

无模糊度模型的精密单点定位,通过历元间相位差分,消除初始相位模糊 度来求取历元间位置差。本文基于抗差估计,讨论了历元间伪距、相位差分技术以及参数的 估计方法。赋予伪距、相位观测值不同的初始权,然后采用抗差估计原理进行位置差参数 估计。分析了不同采样率对位置差结果的影响,采用小波分析理论对位置差误差的特性 进行了研究。探讨了采用历元间差分获得的位置差进行单点 定位时存在的一些问题。
     

Operation of the Spektr-R orientation system

Errors in pointing and sustaining Spektr-R are estimated based on the data of star sensors and an angular velocity vector meter, and the calculated values are compared with the observed values. It has been indicated that the achieved pointing accuracy is significantly better than the required accuracy and is independent of the number of star sensors used for this purpose; finally, the stabilization parameters correspond to the anticipated parameters. The original method for processing adjustment observations of the space radio telescope in the 1.35-cm range used to find a systematic deviation of 2.5′ of the telescope real electric axis from the nominal angular position has been described.