一种动中成像相机积分时间计算方法技术

本发明专利技术公开了一种动中成像相机积分时间计算方法，包括步骤：(1)计算视场坐标系相对于轨道坐标系的坐标转换矩阵C

【技术实现步骤摘要】
一种动中成像相机积分时间计算方法


[0001]本专利技术属于高分辨率对地遥感观测领域，涉及一种实现高敏捷卫星动中成像过程中动态求解相机积分时间的计算方法。

技术介绍

[0002]目前，观测卫星在遥感成像过程中，需要在曝光时间内保持相机视向对地面目标点的稳定指向，当目标点相对于相机视场存在相对速度时，需要根据在曝光时间内，目标点在成像平面上的移动距离不大于一个像元的原则来进行相机积分时间的计算。若观测卫星以轨道零姿态情况进行推扫成像，仅需考虑轨道及地速的因素，计算得到固定的相机积分时间用于对相机曝光时间的控制。但如果考虑敏捷卫星在遥感成像过程中三轴均具有主动旋转角速度的姿态控制，如进行正反双向推扫成像等，相机积分时间是在实时变化的，传统的相机积分时间计算方法便不再适用，需要提出一种新的姿态机动过程中成像相机积分时间动态计算方法，使动中成像过程中相机拍摄的曝光时间控制更加灵活，具备自适应性。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服上述缺陷，提供一种动中成像相机积分时间计算方法，包括步骤：(1)计算视场坐标系相对于轨道坐标系的坐标转换矩阵C
ro
和相机目标角速度在视场坐标系下的投影
r
ω
i
；(2)根据视场坐标系相对于轨道坐标系的坐标转换矩阵C
ro
计算视场Z轴指向地面目标点的矢量在J2000惯性坐标系下的投影
I
r
Zr
，以及地心指向地面目标点的矢量在J2000惯性坐标系下的投影
>I
r
e
；根据视场坐标系相对于轨道坐标系的坐标转换矩阵C
ro
，相机目标角速度在视场坐标系下的投影
r
ω
i
，视场Z轴指向地面目标点的矢量在J2000惯性坐标系下的投影
I
r
Zr
，以及地心指向地面目标点的矢量在J2000惯性坐标系下的投影
I
r
e
计算地面目标点相对于相机视场的线速度在视场坐标系下的投影
r
v
e
；(3)根据地面目标点相对于相机视场的线速度在视场坐标系下的投影
r
v
e
得到地面目标点相对于相机视场的线速度在焦平面坐标系的投影
rf
v
e
；并根据
rf
v
e
和视场Z轴指向地面目标点的矢量在J2000惯性坐标系下的投影
I
r
Zr
得到相机积分时间T
Ir
。本专利技术提出的方法能够实现姿态机动过程中成像相机积分时间的动态求解，既能够满足常规沿飞行轨迹推扫的成像相机积分时间计算，也可以满足敏捷卫星沿飞行轨迹正反双向推扫过程中的成像相机积分时间计算，使动中成像过程中相机拍摄的曝光时间控制更加灵活，具备自适应性。
[0004]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一种动中成像相机积分时间计算方法，包括如下步骤：
[0006](1)计算视场坐标系相对于轨道坐标系的坐标转换矩阵C
ro
和相机目标角速度在视场坐标系下的投影
r
ω
i
；
[0007](2)根据视场坐标系相对于轨道坐标系的坐标转换矩阵C
ro
计算视场Z轴指向地面目标点的矢量在J2000惯性坐标系下的投影
I
r
Zr
，以及地心指向地面目标点的矢量在J2000惯性坐标系下的投影
I
r
e
；
[0008]根据视场坐标系相对于轨道坐标系的坐标转换矩阵C
ro
，相机目标角速度在视场坐标系下的投影
r
ω
i
，视场Z轴指向地面目标点的矢量在J2000惯性坐标系下的投影
I
r
Zr
，以及地心指向地面目标点的矢量在J2000惯性坐标系下的投影
I
r
e
计算地面目标点相对于相机视场的线速度在视场坐标系下的投影
r
v
e
；
[0009](3)根据地面目标点相对于相机视场的线速度在视场坐标系下的投影
r
v
e
得到地面目标点相对于相机视场的线速度在焦平面坐标系的投影
rf
v
e
；并根据
rf
v
e
和视场Z轴指向地面目标点的矢量在J2000惯性坐标系下的投影
I
r
Zr
得到相机积分时间T
Ir
。
[0010]进一步的，所述步骤(1)中，视场坐标系相对于轨道坐标系的坐标转换矩阵C
ro
的计算公式如下：
[0011][0012]其中，C
rP
为视场坐标系相对于相机坐标系的坐标转换矩阵，C
Pb
为相机坐标系相对于卫星本体坐标系的坐标转换矩阵，C
bo
为卫星本体坐标系相对于轨道坐标系的坐标转换矩阵；θ
r
,φ
r
分别为视向绕相机坐标系X轴转角，视向绕相机坐标系Y轴转角，Δω,Δκ分别为按照3
‑1‑
2转序时，相机相对于卫星本体的安装滚动角、俯仰角、偏航角；C
312
矩阵的具体计算方法如下：α,β,γ代表一般变量；
[0013]所述步骤(1)中，相机目标角速度在视场坐标系下的投影
r
ω
i
的计算公式如下：
[0014]r
ω
i
＝C
rP
C
Pbb
ω
i
；
[0015]其中，
b
ω
i
为相机目标角速度在卫星本体坐标系下的投影。
[0016]进一步的，所述步骤(2)的具体步骤为：
[0017](2.1)计算在J2000惯性坐标系I及转换惯性坐标系i下的卫星矢量
I
r
s
和
i
r
s
；
[0018](2.2)根据J2000惯性坐标系I及转换惯性坐标系i下的卫星矢量
I
r
s i
r
s
和
[0019]、视场坐标系相对于轨道坐标系的坐标转换矩阵C
ro
得到视场Z轴指向地面目标点的矢量在J2000惯性坐标系下的投影
I
r
Zr
，以及地心指向地面目标点的矢量在J2000惯性坐标系下的投影
I
r
e
；
[0020](2.3)根据视场坐标系相对于轨道坐标系的坐标转换矩阵C
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动中成像相机积分时间计算方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)计算视场坐标系相对于轨道坐标系的坐标转换矩阵C
ro
和相机目标角速度在视场坐标系下的投影
r
ω
i
；(2)根据视场坐标系相对于轨道坐标系的坐标转换矩阵C
ro
计算视场Z轴指向地面目标点的矢量在J2000惯性坐标系下的投影
I
r
Zr
，以及地心指向地面目标点的矢量在J2000惯性坐标系下的投影
I
r
e
；根据视场坐标系相对于轨道坐标系的坐标转换矩阵C
ro
，相机目标角速度在视场坐标系下的投影
r
ω
i
，视场Z轴指向地面目标点的矢量在J2000惯性坐标系下的投影
I
r
Zr
，以及地心指向地面目标点的矢量在J2000惯性坐标系下的投影
I
r
e
计算地面目标点相对于相机视场的线速度在视场坐标系下的投影
r
v
e
；(3)根据地面目标点相对于相机视场的线速度在视场坐标系下的投影
r
v
e
得到地面目标点相对于相机视场的线速度在焦平面坐标系的投影
rf
v
e
；并根据
rf
v
e
和视场Z轴指向地面目标点的矢量在J2000惯性坐标系下的投影
I
r
Zr
得到相机积分时间T
Ir
。2.根据权利要求1所述的一种动中成像相机积分时间计算方法，其特征在于，所述步骤(1)中，视场坐标系相对于轨道坐标系的坐标转换矩阵C
ro
的计算公式如下：其中，C
rP
为视场坐标系相对于相机坐标系的坐标转换矩阵，C
Pb
为相机坐标系相对于卫星本体坐标系的坐标转换矩阵，C
bo
为卫星本体坐标系相对于轨道坐标系的坐标转换矩阵；θ
r
,φ
r
分别为视向绕相机坐标系X轴转角，视向绕相机坐标系Y轴转角，Δω,Δκ分别为按照3
‑1‑
2转序时，相机相对于卫星本体的安装滚动角、俯仰角、偏航角；C
312
矩阵的具体计算方法如下：α,β,γ代表一般变量；所述步骤(1)中，相机目标角速度在视场坐标系下的投影
r
ω
i
的计算公式如下：
r
ω
i
＝C
rP
C
Pbb
ω
i
；其中，
b
ω
i
为相机目标角速度在卫星本体坐标系下的投影。3.根据权利要求1所述的一种动中成像相机积分时间计算方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体步骤为：(2.1)计算在J2000惯性坐标系I及转换惯性坐标系i下的卫星矢量
I
r
s
和
i
r
s
；(2.2)根据J2000惯性坐标系I及转换惯性坐标系i下的卫星矢量
I
r
s
、
i
r
s
和视场坐标系相对于轨道坐标系的坐标转换矩阵C
ro
得到视场Z轴指向地面目标点的矢量在J2000惯性坐标系下的投影
I
r
Zr
，以及地心指向地面目标点的矢量在J2000惯性坐标系下的投影
I
r
e
；(2.3)根据视场坐标系相对于轨道坐标系的坐标转换矩阵C
ro
和地心指向地面目标点的矢量在J2000惯性坐标系下的投影
I
r
e
，计算由地球自转引起地面目标点线速度在视场坐标系下的分量
r
v
er
；(2.4)根据视场Z轴指向地面目标点的矢量在J2000惯性坐标系下的投影
I
r
Zr
和相机目标角速度在视场坐标系下的投影
r
ω
i
，计算
r
ω
i
引起的地面目标点运动线速度在视场坐标
系下的分量
r
v
rs
；(2.5)根据视场坐标系相对于轨道坐标系的坐标转换矩阵C
ro
计算卫星飞行速度在视场坐标系下的投影
r
v
s
；(2.6)根据步骤(2.3)所得
r
v
er
、步骤(2.34)所得
r
v
rs
和步骤(2.5)所得
r
v
s
，计算地面目标点相对于相机视场的线速度在视场坐标系下的投影
r
v
e
；(2.7)根据地心指向地面目标点的矢量在J2000惯性坐标系下的投影
I
r
e
，计算地面目标点的经度λ
g
及地理纬度δ
g
；(2.8)根据地面目标点的经度λ
g
、地理纬度δ
g
、以及视场坐标系相对于轨道坐标系的坐标转换矩阵C
ro
，计算地垂线矢量在视场坐标系下的分量
r
r
v
；(2.9)根据地垂线矢量在视场坐标系下的分量
r
r
v
，对步骤(2.6)所得
r
v
e
的Z轴分量进行修正，得到地面目标点相对于相机视场的线速度在视场...

【专利技术属性】
技术研发人员：田科丰，姚宁，关新，于强，王淑一，雷拥军，张科备，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：