用于视频卫星的目标视线测量误差范围确定方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于视频卫星的目标视线测量误差范围确定方法及其装置，包括以下步骤：步骤S100：构建视频卫星目标视线测量数学模型；步骤S200：根据光轴确定误差，由视频卫星目标视线测量数学模型计算光轴确定误差导致的视线测量误差角度ξ1的误差范围，根据目标感知误差，计算目标感知误差导致的视线测量误差角度ξ2的误差范围；步骤S300：根据视线测量误差角度ξ1的误差范围和视线测量误差角度ξ2的误差范围计算实时视线测量误差角度ξ的误差范围。本发明专利技术的又一方面还提供了一种上述方法使用的装置。

A Method and Device for Determining the Error Range of Target Line of Sight Measurement for Video Satellite

The invention discloses a method and device for determining the error range of target line-of-sight measurement for video satellite, which includes the following steps: establishing a mathematical model of target line-of-sight measurement for video satellite; determining error according to optical axis; calculating the error range of line-of-sight measurement error angle 951 caused by optical axis determination error by the mathematical model of target line-of-sight measurement for video satellite. According to the target perception error, the error range of line-of-sight measurement error angle_2 caused by target perception error is calculated. According to the error range of line-of-sight measurement error angle_1 and line-of-sight measurement error angle_2, the error range of real-time line-of-sight measurement error angle_2 is calculated. Another aspect of the present invention also provides a device for using the above method.

【技术实现步骤摘要】
用于视频卫星的目标视线测量误差范围确定方法及其装置
本专利技术涉及一种用于视频卫星的目标视线测量误差范围确定方法及其装置，属于视频卫星测量领域。
技术介绍
视频小卫星是一种采用视频成像、视频数据实时传输、人在回路交互式操作工作方式的新型天基信息获取类微小卫星。视频小卫星与传统的对地观测卫星相比，最大特点是可以对某一敏感区域进行“凝视”观测，获取目标区域连续的视频图像信息。视频图像比静止单幅图像包含更多信息，视频摄像机相对于现有推扫式相机，增加了一个时间维度的信息，能够及时探测动态事件，获取目标的动态过程信息，并可基于视频图像中序列图像进行图像重构获得更高分辨率的图像，能有效为抗灾救灾、战时监控、计划决策提供第一手资料。由目标在视频卫星像平面的成像位置，可求解得到目标视线，即从视频卫星到目标的单位矢量，如果仅根据单根目标视线，无法确定目标的位置与速度。但是由于视频在时间上的连续性，联合视频卫星的运动信息，以及已知的目标运动先验信息(运动模型)，可以通过扩展卡尔曼滤波，根据目标视线序列确定目标的运动信息，本质上属于仅测角的被动定位体制。在这一过程中，目标视线测量误差直接影响着最终目标定位的精度。在常用的仅测角被动定位研究中，或是基于目标视线测量的应用中，目标视线测量误差多是作为已知参数固定设置。目标视线测量误差不具有实时性，不能实时对测量结果进行校正。在少数针对天基光学目标视线测量误差的研究中，研究的重点仍然在于仿真分析目标视线测量误差的特性。现有技术中缺少简洁实用的目标视线测量误差确定方法。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种用于视频卫星的目标视线测量误差范围确定方法。该方法简洁有效，可实时获取视频卫星目标视线测量误差。参见图1，本专利技术提供了一种用于视频卫星的目标视线测量误差范围确定方法，包括以下步骤：步骤S100：构建视频卫星目标视线测量数学模型；步骤S200：根据光轴确定误差，由所述视频卫星目标视线测量数学模型计算所述光轴确定误差导致的视线测量误差角度ξ1的误差范围，根据目标感知误差，计算所述目标感知误差导致的视线测量误差角度ξ2的误差范围；步骤S300：根据所述视线测量误差角度ξ1的误差范围和所述视线测量误差角度ξ2的误差范围计算实时视线测量误差角度ξ的误差范围。优选地，所述步骤S100中包括定义坐标系步骤，所述坐标系包括地球惯性坐标系、卫星本体坐标系、图像像素坐标系、图像坐标系和相机坐标系。优选地，所述地球惯性坐标系为J2000.0坐标系。优选地，所述视线测量误差角度ξ1的误差范围为：其中，Dξ1为ξ1的方差：其中，分别是光轴确定误差的误差姿态欧拉角的方差，分别为测量得到的目标视线在地球惯性坐标系X轴、Y轴和Z轴方向的分量。在工程实践中，光轴确定误差的误差姿态欧拉角的方差是已知参量。优选地，所述目标感知误差为(δm,δn)，单位为像素，是指由目标感知算法得到的目标在像素坐标系下的坐标的误差，主要由目标感知算法决定，且δm,δn都服从从期望为0，方差为σ4的正态分布。优选地，所述视线测量误差角度ξ2的误差范围为且满足：其中，P表示概率，视频卫星星载相机的像元尺寸为d，焦距为f，目标在像素坐标系中的坐标为(m,n)，σ4为目标感知误差的方差。优选地，所述实时视线测量误差角度ξ的误差范围：其中，Dξ1为ξ1的方差，d为视频卫星星载相机的像元尺寸，f为焦距，(m,n)为目标在像素坐标系中的坐标，σ4为目标感知误差的方差。参见图4，本专利技术的又一方面还提供了一种用于视频卫星的目标视线测量误差范围确定装置，包括：模型构建模块100，用于定义坐标系，构建视频卫星目标视线测量数学模型；误差角模块200，用于根据光轴确定误差，由所述视频卫星目标视线测量数学模型计算所述光轴确定误差导致的视线测量误差角度ξ1的误差范围，根据目标感知误差，计算所述目标感知误差导致的视线测量误差角度ξ2的误差范围；实时误差角模块300，用于根据所述视线测量误差角度ξ1的误差范围和所述视线测量误差角度ξ2的误差范围计算实时视线测量误差角度ξ的误差范围。优选地，所述定义模块包括：第一定义模块，用于定义地球惯性坐标系；第二定义模块，用于定义卫星本体坐标系；第三定义模块，用于定义图像像素坐标系；第四定义模块，用于定义图像坐标系；第五定义模块，用于定义相机坐标系。优选地，所述实时视线测量误差角度ξ的误差范围：其中，Dξ1为ξ1的方差，视频卫星星载相机的像元尺寸为d，焦距为f，目标在像素坐标系中的坐标为(m,n)，σ4是目标感知误差的方差。本专利技术的有益效果包括但不限于：1)本专利技术所提供的用于视频卫星的目标视线测量误差范围确定方法及其装置，可实时获取视线测量的误差角度范围，为目标视线测量目标位置与速度的精度计算提供依据。2)本专利技术所提供的用于视频卫星的目标视线测量误差范围确定方法及其装置，算法简单快捷，便于工程实现。附图说明图1是本专利技术优选实施例中用于视频卫星的目标视线测量误差范围确定方法流程示意图；图2是本专利技术优选实施例中构建坐标系示意图；图3是本专利技术优选实施例中视线测量误差角度示意图；图4是本专利技术优选实施例中用于视频卫星的目标视线测量误差范围确定装置结构示意图。图例说明：Oi-XiYiZi是地球惯性坐标系；O-XY是像素坐标系；Oc-XcYc是相机坐标系。具体实施方式下面结合实施例详述本专利技术，但本专利技术并不局限于这些实施例。具体地，包括以下步骤：1.定义坐标系。定义地球惯性坐标系Oi-XiYiZi在具体实施例中，可以选用J2000.0坐标系，它以地球质心为坐标系原点，OiZi轴指向J2000.0年平赤道面(基面)的极点，OiXi轴指向J2000.0平春分点，OiYi轴与OiXi轴和OiZi轴构成右手坐标系。定义卫星本体坐标系为Ob-XbYbZb，以卫星的质心为坐标系原点，三个坐标轴方向分别沿着卫星本体惯量主轴三个方向设置。定义图像像素坐标系I-xy，它以视频图像左上角为坐标系原点，以像素为坐标单位，x,y分别表示该像素点在数字图像中的列数与行数。定义图像坐标系O-XpYp，它以光轴与像平面的交点为原点，OXp,OYp分别与图像像素坐标系的x轴与y轴平行。定义相机坐标系为Oc-XcYcZc，它以摄像机的光心为坐标系原点，以相机的光轴为坐标系的OcZc轴，正方向为摄像方向，OcXc,OcYc分别与OXp,OYp平行，方向相反，与OcZc构成右手坐标系。按上述要求定义后所得坐标系如图2所示。为了便于后面的计算与讨论，后文中提到的像素坐标系都是指将像素坐标系平移到图像中心所得到的坐标系O-xy。假设已知目标在图像像素坐标系中的坐标(m,n)，相机焦距为f，则相机坐标系下目标视线方向ρc为：其中，d是像元尺寸。卫星本体坐标系相对于惯性系的姿态矩阵为相机坐标系相对卫星本体坐标系的姿态矩阵为则惯性系下目标视线方向ρi为：式(2)为视频卫星目标视线测量的数学模型，分别为目标视线在地球惯性坐标系X轴、Y轴和Z轴方向的分量。2.解释光轴确定误差的含义。此部分中含义影响第3部分计算。在工程实践中，光轴确定误差的误差姿态欧拉角的方差是已知量。本申请中光轴确定误差是相机坐标系相对于惯性系的姿态误差，具体是指通过卫星获取的视频图像确定星载相机光轴指向时引入的误差本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于视频卫星的目标视线测量误差范围确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100：构建视频卫星目标视线测量数学模型；步骤S200：根据光轴确定误差由所述视频卫星目标视线测量数学模型计算所述光轴确定误差导致的视线测量误差角度ξ1的误差范围，根据目标感知误差，计算所述目标感知误差导致的视线测量误差角度ξ2的误差范围；步骤S300：根据所述视线测量误差角度ξ1的误差范围和所述视线测量误差角度ξ2的误差范围计算实时视线测量误差角度ξ的误差范围。

【技术特征摘要】
1.一种用于视频卫星的目标视线测量误差范围确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100：构建视频卫星目标视线测量数学模型；步骤S200：根据光轴确定误差由所述视频卫星目标视线测量数学模型计算所述光轴确定误差导致的视线测量误差角度ξ1的误差范围，根据目标感知误差，计算所述目标感知误差导致的视线测量误差角度ξ2的误差范围；步骤S300：根据所述视线测量误差角度ξ1的误差范围和所述视线测量误差角度ξ2的误差范围计算实时视线测量误差角度ξ的误差范围。2.根据权利要求1所述的用于视频卫星的目标视线测量误差范围确定方法，其特征在于，所述步骤S100中包括定义坐标系步骤，所述坐标系包括地球惯性坐标系、卫星本体坐标系、图像像素坐标系、图像坐标系和相机坐标系。3.根据权利要求2所述的用于视频卫星的目标视线测量误差范围确定方法，其特征在于，所述地球惯性坐标系为J2000.0坐标系。4.根据权利要求1所述的用于视频卫星的目标视线测量误差范围确定方法，其特征在于，所述视线测量误差角度ξ1的误差范围为：其中，Dξ1为ξ1的方差：其中，分别是所述光轴确定误差的误差姿态欧拉角δθ0,δψ0的方差，分别为测量得到的目标视线在地球惯性坐标系X轴、Y轴和Z轴方向的分量。5.根据权利要求1所述的用于视频卫星的目标视线测量误差范围确定方法，其特征在于，所述目标感知误差为(δm,δn)，单位为像素，是指由目标感知算法得到的目标在像素坐标系下的坐标的误差，主要由目标感知算法决定，且δm,δn都服从期望为0，方差为σ4的正态分布。6.根据权利要求1所述的用于视频卫星的目标视线测量误差范围确定方法，其特征在于，所述视线测量误差角度ξ2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学阳，杨雪榕，单上求，胡敏，肖龙龙，潘升东，袁丁，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：北京,11