一种基于星载遥感仪器的光轴指向的调整方法技术

本发明专利技术涉及一种基于星载遥感仪器的光轴指向的调整方法，所述调整方法至少包括：在控制单元根据卫星地面系统的指令生成光轴调整的预设终止位置的情况下，所述控制单元基于所述卫星地面系统发送的期望指向状态以及指向测量单元反馈的指向状态生成至少包括边界层的动态限位区域并控制执行单元调整所述光轴以束缚于所述动态限位区域的方式运动至所述预设终止位置。

An adjustment method of optical axis direction based on satellite remote sensing instrument

【技术实现步骤摘要】
一种基于星载遥感仪器的光轴指向的调整方法
本专利技术属于遥感
，尤其涉及一种基于星载遥感仪器的光轴指向的调整方法。
技术介绍
随着卫星在天气预报、资源探测、海洋观察、减灾等方面的广泛应用，用户对卫星搭载的遥感仪器在分辨率和测量精度等方面提出了越来越高的要求。如果遥感仪器光轴无法实现对目标区域的精确指向，则无法获得相应的准确数据或图像，进而可能会造成整个卫星遥感任务的失败。因此，遥感仪器光轴指向精度的提高非常迫切，必须采取光轴指向调整的措施保证卫星遥感仪器正常、高效地工作。传统光轴指向调整方法主要是在卫星发射前采用铲刮片、垫片、定位块、定位销等零部件通过修垫、配作等方式进行遥感仪器光轴指向精度的调整及复位，可以保证卫星发射前遥感仪器的光轴指向精度，但是该传统方法无法消除地球重力带来的结构变形影响，同时无法精确测量在轨热变形造成的遥感仪器光轴指向偏差，卫星发射后，在轨微重力和热变形环境将引起遥感仪器光轴指向变化，可能给卫星遥感仪器应用带来成像质量不佳的恶劣影响，且该传统方法没有在轨调整等弥补措施。例如，文献[1]龙亮,王中民.一种基于卫星敏捷特性的在轨辐射定标方法[J].航天返回与遥感,2013,34(4):77-85.公开的采用Side-slither相对辐射定标方法，方法包括在推扫式光学遥感相机在正常对地成像模式下，将焦面旋转越90°，使得探测线列方向与成像方向平行，在不考虑其他影响因素的情况下，理论上探测线列上每个像元都以此对同样的地面区域成像，因此Side-slither定标时焦面探测线列输出得到的图像中，每个像元获得的辐射能量信息是一样的，相当于满足了相对辐射定标所需要的给焦面探测线列提供均匀辐照度场的调教，在此基础上进行焦面像元非均匀性校正工作。但是Side-slither定标方法要求相机旋转90°，使得焦面探测线列与成像方向平行，但由于地球的自转，各个维度地区存在不同的线速度，其方向同卫星飞行方向成一定的夹角θ，如图3所示，Vsat-earth为卫星地面飞行速度矢量，V1和V2为Vearth两个互相垂直的速度分量。如果Side-slither定标时是将相机旋转90°，使得CCD线列沿卫星飞行方向来进行成像，则定标时刻线列成像方向同实际像移方向是不一致的，如图4所示，CCD线列沿实际像移方向Vp成像。因此在一次理论Side-slither定标过程中，如果定标地物选择在赤道地区(如撒哈拉沙漠)，赤道地区地球自转线速度约为464m/s，那么完成此次定标时，线列中第一个像元的地面成像区域同最后一个像元的地面成像区域相距大约为1050m，而当定标场景为极地冰盖(纬度约在80°)时，由于地球自转线速度相对很小，故在进行同样时间的Side-slither定标，线列中第一个像元与最后一个像元内的成像区域距离相比在赤道地区的成像距离小很多。为了减小这种影响，可以采用类似于相机正常推扫成像模式中使用的“偏流角补偿量”方法用于Side-slither定标过程，如图4所示，在将相机按偏航角调整90°的基础上，再按该时刻的偏流角旋转相应的角度β，使得CCD线列沿着实际像移方向Vp成像，因此在遥感仪器光轴指向精度较低的情况下，即使CCD线列按偏流角旋转，也无法使得CCD线列完全沿着实际像移方向成像，导致定标结果出现偏差，可能无法完成相对辐射定标。例如，公开号为CN108614587A的中国专利文献公开了一种卫星遥感仪器光轴指向在轨调整方法及系统，该系统包括指向偏差测量单元、在轨调整控制单元、指向调整执行单元；指向偏差测量单元用于测量或计算卫星遥感仪器光轴的实际指向偏差，并反馈给在轨调整控制单元；在轨调整控制单元用于接收用户发出的指令、指向偏差测量单元的在轨实测数据和指向调整执行单元反馈的调整完毕信息，在轨计算卫星遥感仪器光轴指向调整量，并向指向偏差测量单元发送开始测量指令、向指向调整执行单元发送调整指令；指向调整执行单元用于根据在轨调整控制单元指令对卫星遥感仪器光轴指向进行调整。本专利技术可在轨测量并调整卫星遥感仪器的光轴指向，可多次调整且调整精度可调，调整方式灵活。但是，一方面该专利公开的光轴指向在轨调整系统没有考虑到卫星在轨光轴调整容易引起星载遥感仪器的抖动，更没有考虑卫星在轨运动具有一系列不确定性因素和内在干扰，对于需要高稳定度和高控制精度的遥感卫星，上述光轴指向调整引起的抖动和卫星在轨带来的不确定性会严重影响星载遥感仪器定向成像的精度和稳定度，不仅导致相对辐射定标的失败，也难以清晰成像；另一方面，该专利公开的光轴指向在轨调整系统仅仅依靠转动角度的测量和预设阈值的判断机制是无法实现调整过程中光轴的快速和精准指向。因此，本专利技术提供一种基于星载遥感仪器光轴指向的调整方法，能够在卫星在轨运行带来的一系列不确定性因素和内在干扰下实现光轴稳定、快速和精准指向。此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于专利技术人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。
技术实现思路
针对现有星载遥感仪器光轴指向的在轨调整方法的不足，本专利技术提供一种基于星载遥感仪器的光轴指向的调整方法，所述调整方法至少包括：执行单元接收控制单元发送的控制信息调整星载遥感仪器的光轴，从而改变光轴的指向。指向测量单元测量所述光轴经所述执行单元调整后的指向状态和/或接收卫星地面系统测量的所述光轴的指向状态，并反馈至所述控制单元。在所述控制单元根据所述卫星地面系统的指令生成所述光轴调整的预设终止位置的情况下，所述控制单元以与所述执行单元和所述指向测量单元形成闭环结构的方式响应于所述指向测量单元反馈的连续时间下所述光轴的指向状态向所述执行单元发送控制信号，从而控制所述执行单元调整所述光轴靠近所述预设终止点。在所述星载遥感仪器调整其光轴指向以进行相对辐射定标的情况下，所述控制单元执行如下步骤：基于所述卫星地面系统发送的关于所述光轴的期望指向状态、所述执行单元反馈的输出量以及所述指向测量单元反馈的连续时间下所述光轴的指向状态生成表征所述光轴指向状态变化的至少包括边界层的动态限位区域，并控制所述执行单元调整所述光轴以束缚于所述动态限位区域的方式运动至所述预设终止位置。所述光轴以束缚于所述动态限位区域的方式运动是指至少部分生成所述动态限位区域状态下的所述控制单元响应于所述指向测量单元/所述卫星地面系统反馈的至少上一时刻的所述光轴的指向状态控制所述执行单元使得处于所述动态限位区域的边界层内的光轴以连续稳定的方式趋近于所述动态限位区域内，并且使得处于边界层外的光轴至少以阶跃变化的方式运动至所述动态限位区域内。所述动态限位区域的边界层的厚度通过至少放大由相对辐射定标反馈的偏流角补偿量、所述执行单元反馈的输出量以及所述指向测量单元反馈的光轴指向状态表征的光轴指向偏差至所述卫星地面系统发送的期望误差的方式设置，从而提高所述光轴在所述边界层运动的稳定性并减小所述光轴运动的稳态误差。星载遥感仪器光轴的指向控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于星载遥感仪器的光轴指向的调整方法，其特征在于，所述调整方法至少包括：/n在控制单元(30)根据卫星地面系统(40)的指令生成光轴调整的预设终止位置的情况下，/n所述控制单元(30)基于所述卫星地面系统(40)发送的期望指向状态以及指向测量单元(20)反馈的指向状态生成至少包括边界层的动态限位区域并控制执行单元(10)调整所述光轴以束缚于所述动态限位区域的方式运动至所述预设终止位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于星载遥感仪器的光轴指向的调整方法，其特征在于，所述调整方法至少包括：
在控制单元(30)根据卫星地面系统(40)的指令生成光轴调整的预设终止位置的情况下，
所述控制单元(30)基于所述卫星地面系统(40)发送的期望指向状态以及指向测量单元(20)反馈的指向状态生成至少包括边界层的动态限位区域并控制执行单元(10)调整所述光轴以束缚于所述动态限位区域的方式运动至所述预设终止位置。


2.根据权利要求1所述的调整方法，其特征在于，所述光轴以束缚于所述动态限位区域的方式运动是指所述控制单元(30)响应于所述指向测量单元(20)/所述卫星地面系统(40)反馈的所述光轴的指向状态控制所述执行单元(10)使得处于所述动态限位区域的边界层内的光轴以连续稳定的方式趋近于所述动态限位区域内，并且使得处于边界层外的光轴至少以阶跃变化的方式运动至所述动态限位区域内。


3.根据权利要求1所述的调整方法，其特征在于，所述边界层至少包括第一边界层和第二边界层，在所述光轴与所述预设终止位置的距离大于第一阈值的情况下，所述动态限位区域至少包括容错空间以及覆盖所述容错空间的第一边界层，其中，
所述控制单元(30)通过所述卫星地面系统(40)发送的期望指向状态、所述指向测量单元(20)反馈的指向状态以及所述执行单元(10)反馈的输出量之间差值估计所述光轴运动的容错空间；
所述第一边界层的厚度由以光轴指向偏差为变量的类切线函数表征，使得所述第一边界层的厚度始终小于等于所述卫星地面系统(40)发送的期望误差。


4.根据前述权利要求之一所述的调整方法，其特征在于，所述光轴指向偏差至少包括第一故障误差量、第二故障误差量，其中，
所述控制单元(30)基于其所期望的输出量与所述执行单元(10)反馈的输出量的差值估计关于所述执行单元(10)的所述第一故障误差量，
所述控制单元(30)基于所述执行单元(10)反馈的输出量和所述指向测量单元(20)反馈的指向状态估计关于所述指向测量单元(20)的所述第二故障误差量。


5.根据前述权利要求之一所述的调整方法，其特征在于，所述控制单元(30)基于所述指向测量单元(20)反馈的指向状态预期所述光轴在所述容错空间内运动时与所述第一边界层的碰撞点，其中，
在所述光轴趋近于所述碰撞点的情况下，所述控制单元(30)至少根据所述卫星地面系统(40)发送的期望指向状态与所述指向测量单元(20)反馈的指向状态的差值估计所述执行单元(10)的驱动增益，并基于该驱动增益控制所述执行单元(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢成荫，杜志贵，杨峰，任维佳，
申请(专利权)人：长沙天仪空间科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43