一种卫星相机对地目标成像建模仿真方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及卫星遥感技术领域，公开了一种卫星相机对地目标成像建模仿真方法及系统，该方法，包括以下步骤：S1，框架结构构建：对卫星相机对地目标成像过程进行分解，得到对应的模型库框架结构；其中，模型库框架结构按物理层级拆分为系统级模型、部件级模型、基础级模型；S2，数据接口确定：根据卫星相机对地目标成像实际的物理拓扑，确定各部件级模型之间数据相互传递的接口；S3，部件级模型建立：建立各部件级模型；S4，系统级模型建立：建立系统级模型。本发明专利技术解决了现有技术存在的定位精度较低、成像效率低、计算复杂、机动时成像难等问题。机动时成像难等问题。机动时成像难等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星相机对地目标成像建模仿真方法及系统


[0001]本专利技术涉及卫星遥感
，具体是一种卫星相机对地目标成像建模仿真方法及系统。

技术介绍

[0002]卫星遥感技术因其不受领土限制、可观测范围广等优势，已经广泛应用于军事、国防、经济等领域。随着空间对地观测技术的发展，卫星遥感技术也逐渐向高定位精度和高质量成像方向不断拓展，特别是具有较大视场空间相机在卫星对地成像方面具有重要应用前景。
[0003]传统卫星相机成像计算方法忽略地球曲率，用侧摆角代替投射角，适用于低轨道卫星和计算精度要求较低时的简便计算。目前大多数航天卫星运行轨道高，使用TDI
‑
CCD相机对地成像，且采用同轨多条带拼接方式实现对目标的扫描，成像效率低。再加上“边机动边成像”时，卫星姿态变换与像移运动高度耦合，计算过程复杂，使得传统计算方法已经不再适用。
[0004]目前卫星相机对地成像过程中存在定位精度较低、成像效率低、计算复杂、机动时成像难等问题。

技术实现思路

[0005]为克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种卫星相机对地目标成像建模仿真方法及系统，解决现有技术存在的定位精度较低、成像效率低、计算复杂、机动时成像难等问题。
[0006]本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：
[0007]一种卫星相机对地目标成像建模仿真方法，包括以下步骤：
[0008]S1，框架结构构建：对卫星相机对地目标成像过程进行分解，得到对应的模型库框架结构；其中，模型库框架结构按物理层级拆分为系统级模型、部件级模型、基础级模型；
[0009]S2，数据接口确定：根据卫星相机对地目标成像实际的物理拓扑，确定各部件级模型之间数据相互传递的接口；
[0010]S3，部件级模型建立：建立各部件级模型；
[0011]S4，系统级模型建立：建立系统级模型。
[0012]作为一种优选的技术方案，步骤S1中，系统级模型包括：卫星相机对地目标成像模型、边界、组件级连接关系；部件级模型包括：卫星轨道模型、相面坐标转化模型、坐标系变换模型、目标点凝视模型；基础级模型包括：各部件级模型的基础方程。
[0013]作为一种优选的技术方案，步骤S2中，
[0014]卫星轨道模型将计算得到的卫星位置、速度及轨道高度传递给相面坐标转化模型，将轨道参数传递给坐标系转换模型；同时目标点位置将由地面注入给卫星轨道模型，卫星轨道模型再传递给目标凝视模型；
[0015]相面坐标转化模型将从轨道模型接收到的数据再根据相面坐标系与物面坐标系
之间的数学关系得出四个物面坐标点，将物面坐标点传递给坐标系转换模型；
[0016]坐标系转换模型接收来自相面坐标转化模型的四个物面坐标点，通过一系列坐标系变换得到四个大地坐标系坐标点传递给目标凝视模型；
[0017]目标凝视模型，接收目标位置和地心大地坐标系下的四个物面坐标点，对地面目标持续凝视，实时计算卫星的偏转角，然后将相机的偏转角传递给相面坐标转换模型。
[0018]作为一种优选的技术方案，步骤S3包括以下步骤：
[0019]S31，建立相面坐标转化模型：相面坐标转化模型用于计算卫星对地成像物面坐标点，具体计算方法为：将卫星相机简化为一个点，则卫星相机相面在卫星飞行方向和侧摆方向在物面的投影形成四个交点，这四个交点之间的范围即为卫星相机所能观测到的物面区域。
[0020]作为一种优选的技术方案，步骤S3包括以下步骤：
[0021]S32，建立卫星轨道模型：卫星轨道模型用于提供卫星在轨状态参数，这些在轨状态参数均用轨道六根数来计算，对于不同的轨道，只需改变其轨道六根数即可重新计算新的在轨状态参数；其中，在轨状态参数包括卫星的位置、卫星的速度、卫星的轨道高度。
[0022]作为一种优选的技术方案，步骤S3包括以下步骤：
[0023]S33，建立坐标系转换模型：进行相机相面坐标系到地心大地坐标系的坐标系转换；
[0024]其中，坐标系转换的转换顺序为：首先，卫星相机相面坐标系先转换到卫星相机坐标系上；再转换到卫星本体坐标系；然后将卫星本体坐标系转换到卫星轨道坐标系；再转换到地心惯性坐标系；最后转换到地心大地坐标系。
[0025]作为一种优选的技术方案，步骤S3包括以下步骤：
[0026]S34：建立目标凝视模型：目标凝视模型用于接收到目标点位置后，计算出一个目标点可凝视范围，在这个范围之内卫星相机才能观察到目标；卫星相机通过实时调节俯仰角α、方位角β使目标点一直处于四个物面坐标点形成的区域之内，形成对目标点的持续凝视和动态监测，直到卫星飞出可凝视范围。
[0027]作为一种优选的技术方案，S34中，俯仰角α、方位角β的计算公式为：
[0028][0029][0030]其中，L1、L2、L3分别为在卫星相机相面坐标系下，卫星的位置与目标点位置之间形成的向量的x、y、z三个方向上的分量。
[0031]作为一种优选的技术方案，采用Modelica语言进行建模仿真。
[0032]一种卫星相机对地目标成像建模仿真系统，用于实现所述的一种卫星相机对地目标成像建模仿真方法，包括依次相连的以下模块：
[0033]框架结构构建模块：用以，对卫星相机对地目标成像过程进行分解，得到对应的模型库框架结构；其中，模型库框架结构按物理层级拆分为系统级模型、部件级模型、基础级模型；
[0034]数据接口确定模块：用以，根据卫星相机对地目标成像实际的物理拓扑，确定各部件级模型之间数据相互传递的接口；
[0035]部件级模型建立模块：用以，建立各部件级模型；
[0036]系统级模型建立模块：用以，建立系统级模型。
[0037]本专利技术相比于现有技术，具有以下有益效果：
[0038](1)本专利技术基于Modelica语言进行建模，采用陈述
‑
过程建模方式，只需将实际问题通过适当简化成物理模型，然后通过数学方程来描述其具体的物理现象，无需关注模型的求解原理及过程，模型求解时会自动对已有方程进行规约求解，模型具有使用简便、求解速度快等优点；
[0039](2)本专利技术每个模型实现独立的功能，形成模块化封装，并采用拖拽式建模的方式，建模和使用过程操作简单；
[0040](3)本专利技术只需改变和替换一些基础方程来满足不同轨道卫星和不同参数的卫星相机的对地成像需求，模型的易用性和通用性更强；
[0041](4)本专利技术引入随时间变化的状态变量，采用积分法，使得变量不需要求解非线性方程，可以直接积分得到，减少模型的非线性；
[0042](5)本专利技术将Modelica语言应用于航天卫星对地目标成像的建模和仿真，能够方便、直观地了解卫星相机对地目标成像过程。
附图说明
[0043]图1为卫星相机对地成像模型的模型框架结构示意图；
[0044]图2为对地成像模型示意图；
[0045]图3为卫本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星相机对地目标成像建模仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，框架结构构建：对卫星相机对地目标成像过程进行分解，得到对应的模型库框架结构；其中，模型库框架结构按物理层级拆分为系统级模型、部件级模型、基础级模型；S2，数据接口确定：根据卫星相机对地目标成像实际的物理拓扑，确定各部件级模型之间数据相互传递的接口；S3，部件级模型建立：建立各部件级模型；S4，系统级模型建立：建立系统级模型。2.根据权利要求1所述的一种卫星相机对地目标成像建模仿真方法，其特征在于，步骤S1中，系统级模型包括：卫星相机对地目标成像模型、边界、组件级连接关系；部件级模型包括：卫星轨道模型、相面坐标转化模型、坐标系变换模型、目标点凝视模型；基础级模型包括：各部件级模型的基础方程。3.根据权利要求2所述的一种卫星相机对地目标成像建模仿真方法，其特征在于，步骤S2中，卫星轨道模型将计算得到的卫星位置、速度及轨道高度传递给相面坐标转化模型，将轨道参数传递给坐标系转换模型；同时目标点位置将由地面注入给卫星轨道模型，卫星轨道模型再传递给目标凝视模型；相面坐标转化模型将从轨道模型接收到的数据再根据相面坐标系与物面坐标系之间的数学关系得出四个物面坐标点，将物面坐标点传递给坐标系转换模型；坐标系转换模型接收来自相面坐标转化模型的四个物面坐标点，通过一系列坐标系变换得到四个大地坐标系坐标点传递给目标凝视模型；目标凝视模型，接收目标位置和地心大地坐标系下的四个物面坐标点，对地面目标持续凝视，实时计算卫星的偏转角，然后将相机的偏转角传递给相面坐标转换模型。4.根据权利要求3所述的一种卫星相机对地目标成像建模仿真方法，其特征在于，步骤S3包括以下步骤：S31，建立相面坐标转化模型：相面坐标转化模型用于计算卫星对地成像物面坐标点，具体计算方法为：将卫星相机简化为一个点，则卫星相机相面在卫星飞行方向和侧摆方向在物面的投影形成四个交点，这四个交点之间的范围即为卫星相机所能观测到的物面区域。5.根据权利要求3所述的一种卫星相机对地目标成像建模仿真方法，其特征在于，步骤S3包括以下步骤：S32，建立卫星轨道模型：卫星轨道模型用于提供卫星在轨状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲜渺，吕学明，杨浩，张宝迪，
申请(专利权)人：成都工元科技有限公司，
类型：发明
国别省市：