一種遙感衛(wèi)星tdiccd相機(jī)積分時間星上優(yōu)化計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[00011本發(fā)明涉及光學(xué)遙感衛(wèi)星TDICCD相機(jī)參數(shù)積分時間的計算方法，特別針對在軌光 學(xué)遙感衛(wèi)星的星上計算機(jī)進(jìn)行實(shí)時積分時間計算的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 積分時間是光學(xué)成像衛(wèi)星TDICXD相機(jī)的一個關(guān)鍵參數(shù)，目前光學(xué)成像衛(wèi)星相機(jī)一 般都采用TDI-CCD線陣推掃成像，成像過程需要光生電荷包的轉(zhuǎn)移與像面圖像的運(yùn)動保持 同步，即積分時間內(nèi)相機(jī)焦面上的像移應(yīng)與相機(jī)單個像元的長度相同，如果積分時間計算 不準(zhǔn)確，會導(dǎo)致像移模糊，系統(tǒng)傳遞函數(shù)MTF下降。
[0003] 傳統(tǒng)衛(wèi)星由于姿態(tài)控制能力較弱，對地成像都采用被動成像模式（即成像過程中 衛(wèi)星三軸角速度為零），成像過程中積分時間變化很小，因此積分時間計算頻率要求較低 (一般1秒計算一次）。隨著我國遙感衛(wèi)星姿控機(jī)動能力的增強(qiáng)，新型的敏捷衛(wèi)星成像過程姿 態(tài)變化靈活，三軸方向都可以變化，并且三軸姿態(tài)角速度都可以不為零。衛(wèi)星在進(jìn)行"動中 成像"時，光軸斜距的劇烈變化不僅帶來圖像比例尺的改變，而且會造成相機(jī)像面圖像運(yùn)動 角速度的變化，進(jìn)而引起相機(jī)積分時間參數(shù)在成像過程中的劇烈變化，因此積分時間計算 頻率要求更高(一般125毫秒要求計算一次），由于計算過程中需要考慮三軸姿態(tài)角速度，因 此計算復(fù)雜度更高，并且隨著敏捷衛(wèi)星相機(jī)分辨率的進(jìn)一步提高，相機(jī)CCD片數(shù)相比傳統(tǒng)衛(wèi) 星提高了數(shù)倍，每片CCD都要求單獨(dú)計算積分時間，所以敏捷衛(wèi)星相機(jī)積分時間計算量相比 傳統(tǒng)衛(wèi)星增加了數(shù)倍。綜上可見敏捷衛(wèi)星積分時間計算相比傳統(tǒng)衛(wèi)星，計算頻率、計算復(fù)雜 度以及計算次數(shù)都有較大提升，但目前星載計算機(jī)能力較弱，如果仍采用傳統(tǒng)的計算方法， 將無法實(shí)現(xiàn)積分時間的星上實(shí)時計算。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種敏捷衛(wèi)星TDICCD 光學(xué)相機(jī)積分時間計算的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)方法，使用該方法可以在非常有限的星載計算條件下滿 足積分時間計算的實(shí)時性要求，為敏捷衛(wèi)星相機(jī)成像質(zhì)量提供可靠的數(shù)據(jù)保障。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種遙感衛(wèi)星TDICCD相機(jī)積分時間星上優(yōu)化計算方法，步 驟如下：
[0006] (1)設(shè)一次成像任務(wù)需要計算N組積分時間，每組需要計算Μ片CCD的積分時間；根 據(jù)相機(jī)在衛(wèi)星上安裝位置，計算得到每片CCD從相機(jī)坐標(biāo)系到衛(wèi)星本體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣， 并將該矩陣作為常量Pk存儲到星載計算機(jī)的內(nèi)存中，其中k=l.....Μ；
[0007] (2)根據(jù)衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)、衛(wèi)星姿態(tài)數(shù)據(jù)以及相機(jī)參數(shù)數(shù)據(jù)計算得到第1組第1片CCD 的積分時間；
[0008] (3)利用相鄰CCD積分時間計算存在很多相同中間量的特性，將第1組第1片CCD積 分時間計算的中間量進(jìn)行保存。
[0009] (4)利用步驟（1)的常量Pk和步驟(3)得到的中間計算結(jié)果優(yōu)化計算第1組剩余的 M-1片(XD的積分時間。
[0010] (5)返回步驟(2)，重復(fù)步驟⑵到步驟(4)，計算剩余N-1組的積分時間值。
[0011]步驟(2)中計算第1組第1片CCD的積分時間的步驟如下：
[0012] (21)根據(jù)第1組星時T計算地固系和慣性系間的轉(zhuǎn)換矩陣：
[0013] Lhi ,π, - R {ζ ,)^?ι (-θ.)Κ(ζ ,)R (-S(f)
[0014] 其中」
， cosz4. sin:：j 〇? 「COS(-Se). .8111(-?..) R:(z4)= -smz4 coszj 0，i?:(-SG)= -sin(-5" G) cos(-SG) 0 ;ζ Α，ζΑ，θΑ為歲差參數(shù)； 0 0 1」 0 0 1 1為格林尼治平恒星時;LECI,ECF為地固系到慣性系轉(zhuǎn)換矩陣;lecf, eci為慣性系到地固系轉(zhuǎn) 換矩陣，其值等于Leq,ec;f的轉(zhuǎn)置；
[0015] ζΑ，ζΑ, ΘΑ, &四個參數(shù)的計算方法為： C., = 2306w.：2181r + 0ff.30188r + 0Λ,017998?3 ζ. -2306^2181^ + 1^.09468^2 + 0w.018203t3
[0016] _5 ;： Θ. - 2004B.3 109r - 0w.42665r - 0^.041833Γ' 5(, = 18；,.6973746 + 879000Λ.0513367/ -f 0'.093104f2 -6'.2 x 10
[0017] 其中 h JD(n -JDG/2〇()〇·0)，JD(T)是衛(wèi)星星時T對應(yīng)的儒略日，JD(J2000.0) = 3652).0 2451545.0是歷元J2000.0對應(yīng)的儒略日；
[0018] (22)根據(jù)軌道位置計算衛(wèi)星在慣性系下的位置SEei和軌道系到慣性系轉(zhuǎn)換矩陣 Leci，o;
[0019] 計算衛(wèi)星慣性系下位置的方法如下： λ-; = ;*(cos u cos Ω - sin ιι cos /sin Ω)
[0020] = j v; = r(cos"sinD + sim/cos/cosil); z. = r sin w sin/
[0021 ]其中r :=.,(丨^ \為衛(wèi)星的地心距，a為地球赤道半徑，f為衛(wèi)星軌道的真近點(diǎn)角，e 1> c-^cos / 為偏心率，u= ω+f為煒度幅角，W為近地點(diǎn)角，Ω為衛(wèi)星軌道的升交點(diǎn)赤經(jīng)，i為軌道傾角； (Xl，yi，Zl)為衛(wèi)星在慣性系的位置的三軸分量；
[0022]計算軌道系到慣性系轉(zhuǎn)換矩陣的方法如下：
[0023]
[0024] (23)根據(jù)姿態(tài)數(shù)據(jù)計算衛(wèi)星本體系到軌道系轉(zhuǎn)換矩陣Lo,b，
[0025] 計算方法如下：
[0026]
[0027]其中P為滾動角，Θ為俯仰角，φ為偏航角;衛(wèi)星采用1-2-3的姿態(tài)轉(zhuǎn)序；
[0028] (24)根據(jù)(21)和(22)的結(jié)果計算衛(wèi)星在地固系下的位置SECF:
[0029] Secf = Lecf,eciSeci；
[0030] (25)根據(jù)(21)、（22)、（23)的結(jié)果和步驟(1)中的常量?1{計算地固系下的視軸矢量 Vecf：
[0031 ] Vecf = Lecf,eciLeci,oLo,bPiVc
[0032] 其中:V。為相機(jī)系下的視軸矢量，VC={0,0，1};
[0033] (26)根據(jù)(24)、（25)的結(jié)果計算攝影點(diǎn)位置;所述攝影點(diǎn)為視軸矢量與地球的交 點(diǎn)，根據(jù)相機(jī)視軸矢量的空間直線方程與地球橢球方程聯(lián)立得到： - Xv v - K 2 -,ZV
[0034] < Χι'εσ Y,，ecF Zy-rf ; 0 O 々 a- iT
[0035] 求解方程得到x、y、z即為攝影點(diǎn)在地固坐標(biāo)系中的位置；（，Zs_ )為 Secf的三軸分量；:（?%. )為Vegf的三軸分量;c為地球極半徑；
[0036] (27)根據(jù)(24)、（26)的結(jié)果以及星上存儲的地理高程數(shù)據(jù)計算星地斜距h:
[0037] A = |，| = |, cos <2 + ?yl^l cosJ a - l^j + \pP'^ |.圳'+ |5P'- |iF「
[0038] cos m = J~J-n--J^L ； 2 |5(7| SP\
[0039] 其中I SP' I為修正后的斜距h;其中SO為衛(wèi)星到地心的距離，SP為衛(wèi)星到擬攝影點(diǎn) 的距離，0P為地心到擬攝影點(diǎn)的距離，SP'為衛(wèi)星到攝影點(diǎn)的距離，0P'為地心到攝影點(diǎn)的距 離；
[0040] (28)根據(jù)(22)和(23)的結(jié)果、步驟(1)中的常量和姿態(tài)數(shù)據(jù)計算攝影點(diǎn)地速;根據(jù) 理論力學(xué)原理，相對速度等于絕對速度減去牽連速度，攝影點(diǎn)地速計算方法如下：
[0041 ] v=COeXR-[C0nXr+(C0n+COs) XH+Vr] = WeXR-C〇nXR-C〇 s XH-Vr
[0042] Vr是衛(wèi)星絕對速度的徑向分量，C0e是地球角速度矢量，R是地心到目標(biāo)點(diǎn)的矢量，H 是衛(wèi)星到目標(biāo)點(diǎn)的距離矢量，r是地心指向衛(wèi)星的矢徑，其大小為r，ω n是軌道角速度矢量， 其大小為％=^,1) = &(112)，〃 =1^^4是地球引力常數(shù)，？是軌道半通徑，6是偏 心率，f是真近點(diǎn)角；〇^表示衛(wèi)星的姿態(tài)角速度矢量；
[0043] (29)根據(jù)(27)和（28)的結(jié)果、相機(jī)的像元尺寸常量D和相機(jī)焦距常量F，計算得到 第1組第1片CCD的積分時間。計