应用偏最小二乘法的卫星图像在轨几何检校方法

高精度几何模型的建立及其参数的解算,是卫星图像在轨几何检校的核心工作。文章提出了一种应用偏最小二乘法的多参数误差方程整体解算方法,以解决基于误差几何模型的参数整体检校模型参数众多、参数间存在强相关性、参数估计复共线性等问题。以我国资源三号(ZY-3)卫星正视相机为例,对提出的方法进行验证。结果表明:文章提出的是一种精确、可靠的卫星图像在轨几何检校方法;在仅做一次几何检校时,ZY-3卫星正视相机相同数据平面定位精度优于3.10m,1年以后的平面定位精度优于15.00m。此方法可广泛应用于高分辨率光学卫星图像的在轨几何检校。     

基于严格成像模型的卫星姿态角系统误差补偿

为消除卫星在轨运动过程中俯仰、偏航、滚动对遥感影像地面定位的影响,建立了卫星姿态角系统误差补偿模型,即在严格成像模型的基础上,对姿态角进行直接调整,以减小定位误差。利用环境减灾-1B（HJ-1B）卫星CCD1相机遥感影像进行分析,在单景影像的定位中,借助于2个地面控制点,将其系统误差减小到原来的1/3,从而验证了模型的有效性,为进一步在轨检校相机内部静态参数提供了前提。     

“资源三号”卫星三线阵影像几何质量分析

文章首先简要叙述了基于＂资源三号＂（ZY-3）卫星三线阵TLC影像的严格几何成像模型,然后建立了针对外方位角元素的系统误差补偿模型与相机视向量几何检校模型。经地面系统检校后,采用地面高精度控制点数据对非同时相影像进行试验,并对影像平面精度进行分析评价。结果显示ZY-3三线阵TLC影像无控制点状态下外部定位精度优于6像元,内部几何变形优于1.5像元。     

“资源三号”卫星在轨几何定标及精度评估

＂资源三号＂卫星是中国第一颗民用三线阵立体测图卫星,实现了中国民用高分辨率测绘卫星领域零的突破,对中国测绘事业的发展具有革命性意义,是中国卫星测绘发展史上一座新的里程碑。在轨几何定标是测绘卫星应用的一个重要环节,文章利用武汉大学在河南嵩山地区建设的几何定标场等基础设施实现了＂资源三号＂卫星的在轨几何定标,并对定标结果进行了试验验证。试验结果表明：基于高精度几何定标场几何定标后,＂资源三号＂卫星可以获得很好的无地面控制精度以及少量控制下的平面和高程精度,完全可以满足1︰50 000测图精度要求。     

光学卫星等比降地速的地影区主动推扫姿态规划

针对光学推扫卫星在地影区进行夜间推扫成像时,卫星相机成像区域地速过快导致传感器积分时间不足而难以获取高质量夜间影像的情况,设计了一种卫星等比降地速主动推扫的姿态规划方法。首先,根据卫星推扫成像任务的机动时间、成像起始时刻与降速比例等参数计算出卫星等比降地速成像时的等效轨道初始位置;其次,根据卫星等效轨道初始位置与卫星侧摆角,通过轨道递推计算出卫星光轴实时指向的地面目标点坐标;然后,根据卫星实际的轨道位置与姿态解算出卫星指向地面目标点的实时期望姿态;最后,基于吉林一号高分04A卫星的参数对所设计方法进行数值仿真与在轨试验,结果表明了所提出的方法具有可行性与有效性。     

基于扩展卡尔曼滤波的星敏感器在轨几何标定

星敏感器在轨几何标定是消除其系统测量误差,提高姿态确定精度的有效手段之一。目前利用星对角距相等进行星敏感器在轨标定时,大多采用最小二乘求得全局最优的静态待标定参数,但没有完全反映出恒星相机工作期间受外太空环境变化导致内部参数发生的微小动态变化。为了进一步提高星敏感器参数的在轨标定精度,文章在对星图识别结果预处理的基础上,引入扩展卡尔曼滤波对当前星图时刻对应的相机参数进行实时标定,动态获取当前最优参数值。利用该文所提方法对"资源三号"01/02星国产星敏感器进行在轨标定,试验结果表明所提方法能够有效标定当前星敏感器的参数误差,其精度优于传统的最小二乘标定方法,验证了该方法具有更好的适应性和可靠性,为星敏感器的在轨几何标定提供了一种技术参考,可用于卫星在轨实时标定或地面卫星姿态后处理。     

基于数字检校场的“天绘一号”卫星在轨几何定标

为了提高"天绘一号"卫星在轨几何定标的效率和精度,文章提出一种利用数字检校场(数字正射影像和数字高程模型)、基于简化的卫星几何定位模型的在轨几何定标方法。该方法利用卫星影像与数字正射影像自动匹配得到同名点的平面位置、由数字高程模型获得高程位置,得到大量地面控制点,再基于简化内外方位元素误差补偿模型,利用多轨数据求解系统误差改正参数,实现了几何定标。精度检测表明,经过定标后,无控定位平面误差由初始约100m,提升至10.5m(一倍中误差);基于内方位定标结果,文章实现了基于虚拟线阵算法的高分影像子条带合成和多光谱配准,并实现了优于0.3像素的内部符合精度。     

“高分四号”卫星影像辐射与几何精度评价

"高分四号"(GF-4)卫星是中国首颗高分辨率静止轨道面阵凝视光学遥感卫星,载荷首次采用面阵CMOS探测器在36 000km高轨成像、基于面阵成像构建在轨相对辐射校正模型、面阵相机光学畸变在轨检校。文章首先分析了影响GF-4卫星影像辐射质量(quality,以下同)与几何精度的关键因素,然后介绍了高轨面阵成像处理模型的构建技术,最后分析评价了GF-4卫星影像的辐射质量、几何质量和处理精度。结果表明:GF-4号卫星全色多光谱影像的平均行标准差、平均标准差和广义噪声等相对辐射精度指标均优于3%,典型地物信噪比平均优于40d B。影像内部畸变在垂轨和沿轨方向均优于0.8个像素。     

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。     

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)。     

中波红外面阵遥感相机相对辐射定标方法研究

为了促进中波红外面阵遥感相机遥感数据的应用,提出了一种在轨相对辐射定标方法。该方法根据两点定标原理,以中波红外面阵遥感图像数据为基础,利用在轨其他卫星数据获得相机入瞳处辐亮度,计算出非均匀性系数,从而实现在轨相对辐射定标。它为同类红外面阵遥感相机在轨相对辐射定标提供了一种新的思路,同时也可作为星上黑体标的一种校验手段。     

航天器微振动力学参数测量单元设计与验证

针对某新型气象卫星的在轨微振动测量需求,分析微振动对于卫星及其精密载荷的影响,提出一种具有可切换量程和较高故障容错能力的卫星微振动测量单元设计方案.通过地面试验数据与在轨数据的对比,证明该系统能够准确辨识整星及高精度载荷在不同工况下的微振动力学数据.该系统功能的成功实现为进一步优化星体结构、改善高精度载荷工作环境提拱了...     

“资源三号”卫星遥感技术

"资源三号"(ZY-3)卫星是中国自行研制的民用高分辨率光学传输型立体测绘卫星,于2012年1月9日在太原卫星发射中心使用CZ-4B运载火箭发射升空。卫星可提供3.5m分辨率立体影像,2.1m全色/5.8m多光谱平面影像,可用于1∶50 000立体测图及更大比例尺基础地理信息产品的生产和更新。文章重点介绍了ZY-3卫星定位精度高和内方位元素稳定性强等任务特点以及内方位元素高稳定性的立体测绘相机、高速率双圆极化复用数据传输技术、角秒级定姿精度等技术创新点,简要介绍了在轨评价及应用情况,为后续测绘卫星提供参考。     

基于控制有效性因子的卫星姿态控制系统在轨重构容错控制

研究了在轨卫星姿态控制系统发生可修复性故障状况下的重构容错控制。首先在星敏感器对陀螺的标定模型中引入控制有效性因子，并利用二级卡尔曼滤波算法求解其值，以说明系统的控制有效程度。然后采用统计假设检验通过其幅值变化判断系统是否存在故障，当故障发生时，引入重构容错控制器对原控制器进行补偿控制。最后，建立卫星闭环姿态控制系统对算法进行了仿真验证，仿真结果表明该算法快速可靠，能够满足在轨卫星姿态控制系统故障状况下的性能要求。     

SpaceMocap：在轨人体运动捕捉系统

SpaceMocap是一套基于多RGB-D相机的计算机视觉航天员运动捕捉系统。地面准备阶段，扫描航天员模型，并分别标定彩色相机的内参数。在轨采集阶段，3~4台相机布置在舱内角落，同步采集航天员任务视频。地面处理阶段，通过相机外参数标定和ICP方法实现点云融合，采用深度神经网络对人体关节点位置进行检测并初始化位姿参数，再用改进的ICP方法进行位姿求精，实现序列图像中关节角度跟踪。本系统搭载TG-2升空，对SZ-11航天员的任务视频进行了采集和处理，首次获取了在轨航天员的姿态(包括中性体位)、占位空间、运动参数等重要数据。结果表明，运动捕捉的模型与点云具有良好的重合度，关节点位置与关节角度具有较高的跟踪精度。SpaceMocap是我国首个在轨运动捕捉系统，它小型、轻质，具有计算机视觉特有的非接触测量、直观、高精度优势，无需在人体上粘贴任何标志，具有良好的抗遮挡能力，完全适用于微重力、狭小空间环境下的在轨应用 。     

驱动机构动态磁场干扰处理技术

空间磁场探测器在工作过程中会受到附近其他设备的磁干扰,影响磁场探测精度。文章通过对磁场探测器工作环境的干扰分析,并利用地面设备模拟磁干扰源进行评价试验。文章使用小波分析方法对磁场探测器的测量数据进行处理,评估驱动机构的电机工作时对磁场探测器的测量影响。磁场探测器通过多探头配置及在轨标定和数据处理等方法,可以对平台的静态剩磁及动态磁干扰进行有效处理。     

遥感卫星高精度高稳定度控制技术

对遥感卫星高精度高稳定度控制技术进行了综述。给出了国内外高稳定度多挠性遥感卫星控制、快速机动控制、高精度姿态确定、自主智能控制等典型应用,以及未来发展趋势。分析了挠性多体卫星结构-控制一体化设计、卫星在轨试验和高精度姿态确定等关键技术。讨论了挠性多体卫星动力学建模仿真及地面试验验证,H∞控制、自适应滤波前馈等卫星姿态控制方法研究与应用,卫星结构模态与无干扰力矩在轨辨识,以及基于陀螺、星敏感器及其误差、卫星动力学模型、在轨热变形标定等高精度姿态确定技术。     

用于微小卫星自主导航控制系统地面仿真的磁强计数学模型

对基于磁强计自主导航微小卫星控制系统地面仿真的磁强计数学模型建立进行了研究。给出了地磁场理论数据的生成模型及磁强计的测量模型,并据此建立了磁强计测量数据生成的数学模型。对低轨圆轨道微小卫星的仿真计算结果表明：由该磁强计数学模型获得的磁场强度测量值与文献中真实磁强计测量数据差异很小,验证了模型的有效性和准确性。     

卫星快速绕飞轨迹设计与制导

快速绕飞在航天器近距离观测、空间目标识别与侦察、在轨服务与应急情况处理活动中具有重要应用。首先建立了适用于目标航天器运行在圆轨道或椭圆轨道的相对运动状态转移矩阵;然后,推导了采用多脉冲控制方法实现与目标航天器共面和异面快速绕飞、进入绕飞和退出绕飞的轨迹设计与制导的模型和算法;最后,分析了绕飞过程速度脉冲需求与绕飞参数的关系。仿真计算结果表明所提出的快速绕飞轨迹设计模型和制导算法可以用于对圆轨道或椭圆轨道目标航天器的共面或异面快速绕飞。