李貞 金濤 李婷 楊冬

(北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094)

敏捷光學(xué)衛(wèi)星無控幾何精度提升途徑探討

李貞 金濤 李婷 楊冬

(北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094)

針對(duì)敏捷光學(xué)衛(wèi)星無控制點(diǎn)幾何精度，提出了區(qū)分高頻和低頻姿態(tài)誤差、同時(shí)考慮定位誤差的精化傳播模型，通過仿真分析得出了低頻姿態(tài)誤差及姿態(tài)穩(wěn)定度誤差對(duì)定位精度的影響規(guī)律，并以滿足30 m平面定位精度和1：50 000比例尺測(cè)圖要求為例，進(jìn)行了定位誤差分配和定位精度預(yù)估，提出了提高無控定位精度的措施。結(jié)果表明：星敏感器低頻姿態(tài)角誤差主要造成了水平位置方向的系統(tǒng)誤差，但其在高程位置方向的系統(tǒng)誤差可以通過衛(wèi)星前后對(duì)稱俯仰成像進(jìn)行消除。當(dāng)定位精度要求30 m量級(jí)時(shí)，星敏感器低頻誤差和夾角穩(wěn)定性不需要在現(xiàn)有衛(wèi)星水平上加嚴(yán)控制，但是應(yīng)盡量采用大基高比，同時(shí)采用異側(cè)對(duì)稱立體成像方式，避免系統(tǒng)性低頻姿態(tài)誤差帶來額外的高程誤差；當(dāng)精度要求滿足1：50 000時(shí)，應(yīng)配置0.9″精度星敏感器，200 Hz以上高頻姿態(tài)測(cè)量設(shè)備和在軌夾角檢測(cè)裝置，同時(shí)將低頻誤差有效控制在5″以內(nèi)等，以滿足15 m平面，6 m高程的精度要求。

敏捷光學(xué)衛(wèi)星；無控制點(diǎn)；定位精度；低頻誤差；姿態(tài)內(nèi)插；姿態(tài)穩(wěn)定度

1 引言

近年來，我國(guó)陸續(xù)發(fā)射了多顆高分辨率光學(xué)衛(wèi)星，影像分辨率逐漸從米級(jí)提升到亞米級(jí)，同時(shí)，借助整星大范圍、敏捷機(jī)動(dòng)能力，能通過沿軌道方向前后擺動(dòng)獲取同軌立體像對(duì)，具備了實(shí)現(xiàn)大比例尺測(cè)繪的必要條件。但是，相比國(guó)外高幾何精度的商業(yè)遙感衛(wèi)星，國(guó)產(chǎn)遙感衛(wèi)星所能實(shí)現(xiàn)的幾何精度仍在幾十米量級(jí)[1]，利用國(guó)產(chǎn)高分辨率遙感衛(wèi)星進(jìn)行立體成像測(cè)繪亦處于嘗試階段。

從原理上說，無地面控制點(diǎn)衛(wèi)星高精度幾何定位是完全可行的，但在工程實(shí)現(xiàn)方面，我國(guó)衛(wèi)星，尤其是敏捷衛(wèi)星要實(shí)現(xiàn)10 m以內(nèi)定位精度要求并不容易，關(guān)鍵問題：①星敏感器測(cè)定的姿態(tài)角誤差除標(biāo)稱高頻測(cè)量誤差外，還有不可忽視的低頻誤差以及相機(jī)與星敏感器間的夾角穩(wěn)定性誤差。在具體地面無控制點(diǎn)處理中，一般無法用平差予以消除，導(dǎo)致處理成果帶有額外的誤差。②不同于采用固定交會(huì)角的多線陣測(cè)繪衛(wèi)星，敏捷衛(wèi)星為實(shí)現(xiàn)立體成像，姿態(tài)機(jī)動(dòng)角度大且頻繁，衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定度較差，而星敏感器、陀螺輸出姿態(tài)數(shù)據(jù)頻率較低，衛(wèi)星姿態(tài)往往帶有很大的隨機(jī)誤差，也會(huì)直接影響圖像定位精度。

對(duì)于衛(wèi)星的圖像定位精度分析問題，文獻(xiàn)[2]利用攝影測(cè)量幾何關(guān)系對(duì)無控制點(diǎn)條件下的衛(wèi)星攝影測(cè)量高程誤差進(jìn)行了帶有物理含義的理論估算；文獻(xiàn)[3]利用前方交會(huì)原理建立了誤差數(shù)值模型，研究了單線陣CCD相機(jī)立體定位中姿態(tài)角、攝站位置、內(nèi)方位元素幾何標(biāo)定誤差以及像點(diǎn)量測(cè)誤差等對(duì)定位精度的影響規(guī)律，這些文獻(xiàn)僅考慮了各參數(shù)的隨機(jī)誤差。文獻(xiàn)[4]綜合分析了影響定位精度的各個(gè)指標(biāo)的隨機(jī)和系統(tǒng)誤差，但針對(duì)“隨機(jī)+系統(tǒng)”誤差的傳播特性未進(jìn)行區(qū)分，也未對(duì)涉及姿態(tài)穩(wěn)定度誤差的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)要求進(jìn)一步細(xì)分。

本文假定衛(wèi)星在軌后，地面處理系統(tǒng)已完成對(duì)線陣CCD相機(jī)的在軌內(nèi)標(biāo)定和安裝矩陣等外標(biāo)定工作，進(jìn)一步探討星敏感器低頻誤差和敏捷姿態(tài)不穩(wěn)兩個(gè)問題對(duì)無地面控制點(diǎn)圖像定位精度的影響規(guī)律及其誤差消除措施，提出了區(qū)分高頻和低頻姿態(tài)誤差、同時(shí)考慮設(shè)計(jì)參數(shù)的定位誤差精化傳播模型，通過仿真分析得出了低頻角元素誤差及姿態(tài)穩(wěn)定度誤差對(duì)定位精度的影響規(guī)律，以滿足30 m平面定位精度和1：50 000比例尺測(cè)圖要求為例，進(jìn)行了定位精度指標(biāo)分析，最后提出了提高無控定位精度的措施。

2 敏捷光學(xué)衛(wèi)星姿態(tài)誤差特性

從我國(guó)資源三號(hào)衛(wèi)星發(fā)射入軌并成功應(yīng)用之后，后續(xù)研制的非測(cè)繪類國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星幾何定位精度也有了較大的提升，主要原因在于衛(wèi)星均采用了星地一體化設(shè)計(jì)，如高精度授時(shí)系統(tǒng)、相機(jī)/星敏感器等溫一體化安裝，同時(shí)在軌幾何檢校水平也在不斷地提升[1,5]。但是，星上測(cè)姿系統(tǒng)誤差往往受星敏感器性能影響，并隨衛(wèi)星工作模式不同而呈現(xiàn)新的特點(diǎn)。

總結(jié)當(dāng)前敏捷光學(xué)衛(wèi)星的姿態(tài)誤差規(guī)律，主要有：

(1)低頻誤差，包括星敏感器慢漂和星敏感器與相機(jī)間的夾角緩變，這兩種誤差難以區(qū)分，均呈現(xiàn)周期性特點(diǎn)。根據(jù)在軌星敏感器夾角數(shù)據(jù)，在一個(gè)軌道周期內(nèi)，星敏感器夾角變化量級(jí)達(dá)60″，但在一個(gè)基線內(nèi)近似表現(xiàn)為單調(diào)、線性的系統(tǒng)誤差特性[2-3,6]；

(2)高頻誤差，敏捷光學(xué)衛(wèi)星具有 “動(dòng)中成像”特點(diǎn)，即為實(shí)現(xiàn)高頻次成像，不再像傳統(tǒng)遙感衛(wèi)星那樣以極高的衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定度成像。這種工作模式造成的姿態(tài)“高頻誤差”，其幅值較低，頻率從幾十赫茲到百赫茲量級(jí)，最終會(huì)引起姿態(tài)內(nèi)插精度的下降。

3 敏捷光學(xué)衛(wèi)星無控制點(diǎn)定位誤差傳播模型

3.1 空間前方交會(huì)原理

圖1給出了單線陣立體攝影及定位的原理示意圖。假設(shè)M(X,Y,Z)為地面目標(biāo)點(diǎn)，Sl,Sr,Sr′分別為目標(biāo)點(diǎn)M在多次成像中對(duì)應(yīng)的像點(diǎn)，其中，Sl與Sr兩次成像構(gòu)成同側(cè)立體成像，Sl與Sr′兩次成像構(gòu)成異側(cè)立體成像。若立體影像的軌道位置與姿態(tài)已知，那么根據(jù)像點(diǎn)坐標(biāo)就可以確定這兩條空間直線的交點(diǎn)，即地面點(diǎn)的位置是唯一可確定的。從中可以看出，立體定位的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是空間前方交會(huì)。

采用投影系數(shù)法進(jìn)行空間前方交會(huì)，通過對(duì)誤差項(xiàng)進(jìn)行微分，可得到單線陣CCD相機(jī)的定位誤差方程[7-8]。

(1)

式中：dX，dY，dZ為目標(biāo)點(diǎn)M的地面坐標(biāo)誤差；dXsl,dYsl,dZsl,和dXsr,dYsr,dZsr分別為前、后視攝站的地面坐標(biāo)誤差；dXcl，dYcl，dZcl和dXcr，dYcr，dZcr分別為目標(biāo)點(diǎn)M在前、后視像點(diǎn)的空間坐標(biāo)誤差；dBy為攝影基線在Y方向的誤差分量；Nl，Nr和dNl，dNr分別為前、后視像點(diǎn)投影到地面上點(diǎn)的投影系數(shù)及其誤差。

圖1 立體觀測(cè)原理示意圖
Fig.1 Stereo mapping diagram

3.2 系統(tǒng)和隨機(jī)姿態(tài)誤差的聯(lián)合傳播模型

令ω,φ,κ為衛(wèi)星滾動(dòng)、俯仰和偏航3個(gè)姿態(tài)角元素，其誤差dω,dφ,dκ可表示為式(2)的形式。

(2)

式中：dωl,dφl,dκl和dωr,dφr,dκr分別為前、后視星敏感器姿態(tài)測(cè)量誤差，ml,nl,ol和mr,nr,or分別為前、后視星敏感器姿態(tài)測(cè)量誤差系數(shù)。

以dω為例，由于dωl和dωr均包含高頻中誤差σ(獨(dú)立的隨機(jī)誤差)和低頻中誤差ε(系統(tǒng)誤差)，根據(jù)誤差傳播理論[10]，星敏感器姿態(tài)測(cè)量誤差dω對(duì)定位中誤差的傳播規(guī)律為

(3)

高頻隨機(jī)姿態(tài)誤差和低頻系統(tǒng)姿態(tài)誤差對(duì)定位精度的影響可以用圖2表示，由圖2可知：

(1)對(duì)于高頻隨機(jī)姿態(tài)誤差，前后視姿態(tài)誤差之間存在相對(duì)誤差Δσ，對(duì)平面和高程均產(chǎn)生誤差，如圖2(a)所示。

(2)對(duì)于低頻系統(tǒng)姿態(tài)誤差，當(dāng)衛(wèi)星采用異側(cè)立體觀測(cè)，誤差系數(shù)ml和mr的符號(hào)相反，從而對(duì)高程誤差產(chǎn)生相消的結(jié)果，如圖2(b)所示； 對(duì)于同側(cè)立體觀測(cè)，誤差系數(shù)ml和mr的符號(hào)相同，從而對(duì)高程誤差產(chǎn)生累加的結(jié)果，如圖2(c)所示；對(duì)平面則均產(chǎn)生誤差。

根據(jù)資源三號(hào)衛(wèi)星的設(shè)計(jì)參數(shù)[9]，采用本文誤差分析模型可知，星上應(yīng)存在6″左右的緩變系統(tǒng)性姿態(tài)誤差，這種誤差通過一次在軌標(biāo)定很難去除。

圖2 高頻和低頻誤差對(duì)定位精度影響示意圖Fig.2 High-frequency and low-frequency errors applying to the locating diagram

3.3 考慮設(shè)計(jì)參數(shù)的姿態(tài)穩(wěn)定度誤差模型

(1)當(dāng)衛(wèi)星姿態(tài)不存在高頻大幅值變化時(shí)，可以用線性內(nèi)插進(jìn)行插值；

(2)姿態(tài)角速度誤差短時(shí)間內(nèi)可以用衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定度表征。

成像任意時(shí)刻ti對(duì)應(yīng)的姿態(tài)可表示為

(4)

式(4)的誤差方程為

(5)

從式(5)可以看出，衛(wèi)星任意行插值姿態(tài)精度與衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定度及測(cè)姿頻率相關(guān)。當(dāng)不滿足兩個(gè)前提時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生“高頻姿態(tài)誤差”。為此，敏捷光學(xué)衛(wèi)星應(yīng)盡可能通過星上隔振措施降低振動(dòng)幅值，同時(shí)采用高頻高精度測(cè)姿設(shè)備對(duì)姿態(tài)抖動(dòng)進(jìn)行測(cè)量。

4 誤差規(guī)律分析與驗(yàn)證

4.1 仿真參數(shù)

下文對(duì)姿態(tài)測(cè)量誤差及姿態(tài)穩(wěn)定度、測(cè)量姿態(tài)輸出頻率等因素分別進(jìn)行分析。為了便于討論和仿真分析，根據(jù)當(dāng)前技術(shù)和硬件發(fā)展水平，設(shè)定一組參數(shù)，如表1所示。

表1 衛(wèi)星參數(shù)及誤差典型值

4.2 不同交會(huì)條件下低頻誤差對(duì)定位精度的影響規(guī)律

下面根據(jù)表1 參數(shù)，改變低頻誤差值，保持其他誤差不變，可得到低頻誤差對(duì)定位精度的影響規(guī)律。

從圖3～圖5可以看出：

(1)隨著姿態(tài)低頻誤差的增大，平面定位誤差隨之增大；

(2)姿態(tài)低頻誤差對(duì)高程誤差的影響則根據(jù)立體觀測(cè)模式的不同有不同的影響規(guī)律：①對(duì)于對(duì)稱式的異側(cè)立體成像，低頻誤差對(duì)高程誤差幾乎無影響；②對(duì)于非對(duì)稱式異側(cè)立體成像，低頻誤差對(duì)高程誤差存在緩慢增長(zhǎng)影響；③對(duì)于同側(cè)立體成像，低頻誤差對(duì)高程誤差則有著類似于平面誤差一樣的影響。

這與式(3)的理論分析是一致的。

圖3 異側(cè)對(duì)稱立體(前視15°，后視-15°)觀測(cè)下低頻誤差對(duì)定位精度的影響規(guī)律Fig.3 Influence law of low-frequency error(forward-looking 15°and backward-looking -15°)on the locating accuracy by the side symmetric stereo imaging

圖4 異側(cè)非對(duì)稱(前視25°，后視-5°)立體觀測(cè)下低頻誤差對(duì)定位精度的影響規(guī)律Fig.4 Influence law of low-frequency error (forward-looking 25° and backward-looking -5°) on the locating accuracy by the side asymmetric stereo imaging

圖5 同側(cè)立體(前視35°，后視5°)觀測(cè)下低頻誤差對(duì)定位精度的影響規(guī)律Fig.5 Influence law of low-frequency error (forward-looking 35° and backward-looking 5°) on the locating accuracy by the stereo imaging on the same side

4.3 不同姿態(tài)輸出頻率下姿態(tài)穩(wěn)定度對(duì)定位精度的影響規(guī)律

根據(jù)表1 參數(shù)設(shè)置，利用本文定位精度評(píng)估模型，圖6給出了基高比為0.53(俯仰±15°)，改變姿態(tài)穩(wěn)定度誤差值，保持其他誤差值不變時(shí)，對(duì)定位精度影響規(guī)律。從圖6中可看出，隨著衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定度的下降，定位精度也下降，尤其是高程誤差受姿態(tài)穩(wěn)定度影響較大。

根據(jù)式(5)，在姿態(tài)穩(wěn)定度不佳的情況下，增加星敏感器的測(cè)量頻率或者配置高精度的高頻率的相對(duì)姿態(tài)測(cè)量設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)姿態(tài)測(cè)量精度不變但以更高姿態(tài)測(cè)量頻率提高每行數(shù)據(jù)的姿態(tài)精度，從而提高定位精度(但值得說明的是，當(dāng)星上存在微振動(dòng)時(shí)，則必須以高于其特征頻率的測(cè)姿設(shè)備才能復(fù)原出姿態(tài)的抖動(dòng))。

圖7為衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定度為0.01(°)/s條件下，不同測(cè)姿頻率下的定位誤差規(guī)律，可以看出：隨著測(cè)量姿態(tài)輸出頻率的提高，對(duì)定位精度提升的幅度高程Z>平面XY，當(dāng)整星測(cè)姿頻率為32 Hz時(shí)，其高程定位精度相比4 Hz提高了約75%，然而當(dāng)測(cè)姿頻率不斷提高至200 Hz甚至10 000 Hz時(shí)，定位精度趨于穩(wěn)定。

圖6 姿態(tài)穩(wěn)定度對(duì)定位精度影響規(guī)律(4 Hz測(cè)姿)Fig.6 Influence law of attitude stability on the locating accuracy (4 Hz attitude measuring)

圖7 測(cè)姿頻率對(duì)圖像定位誤差的影響規(guī)律(姿態(tài)穩(wěn)定度為0.01 (°)/s時(shí))Fig.7 Influence law of attitude measuring frequency on the locating accuracy (attitude stability： 0.01(°)/s)

5 無控制點(diǎn)圖像定位誤差分配及精度預(yù)估

5.1 誤差分配方案一

根據(jù)本文提出的定位精度預(yù)估模型，可以得到在表1 參數(shù)和誤差水平下的衛(wèi)星無控制點(diǎn)定位精度，如表2所示。數(shù)據(jù)顯示：當(dāng)平面定位精度要求30 m量級(jí)時(shí)，星敏感器低頻誤差和夾角穩(wěn)定性不需要在現(xiàn)有衛(wèi)星水平上加嚴(yán)控制，但是應(yīng)盡量采用大基高比異側(cè)立體成像方式，避免系統(tǒng)性角元素誤差帶來額外的高程誤差。

表2 無控制點(diǎn)圖像定位誤差預(yù)估(方案一)

5.2 誤差分配方案二

為了滿足1：50 000比例尺測(cè)繪制圖的定位精度(平面15 m，高程6 m(1σ)[7])要求，可采取如下措施：

(1)采用甚高精度高頻角位移測(cè)量設(shè)備實(shí)現(xiàn)高頻、高精度姿態(tài)測(cè)量，如日本先進(jìn)對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星(ALOS)采用三臺(tái)高精度的星敏感器(9″，3σ)結(jié)合慣性陀螺和附加的高精度(均方根誤差0.01″)角位移測(cè)量傳感器，通過聯(lián)合姿態(tài)確定算法，使衛(wèi)星的姿態(tài)確定精度達(dá)到了在軌處理為1.08″，地面事后處理為0.5″的水平[11]。同時(shí)，測(cè)姿頻率實(shí)現(xiàn)大于200 Hz，可消除姿態(tài)穩(wěn)定度不高引起的誤差。

(2)采用高精度夾角記錄裝置對(duì)星敏感器/相機(jī)夾角進(jìn)行在軌測(cè)量。為了保證在軌無控定位精度要求，采取在軌實(shí)時(shí)測(cè)量方法，對(duì)相機(jī)與星敏感器視軸間夾角變化測(cè)量。地面處理時(shí)利用在軌測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)夾角相對(duì)幾何關(guān)系進(jìn)行標(biāo)校，減小基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換過程中引入的誤差。

通過表3誤差分配和定位精度預(yù)估可知，采用以上兩個(gè)途徑，星敏感器高頻誤差滿足0.9″，低頻誤差有效控制在5″以內(nèi)，即可以實(shí)現(xiàn)1：50 000比例尺的測(cè)繪制圖的定位精度。

表3 無控制點(diǎn)圖像定位誤差預(yù)估(方案二)

6 結(jié)論

對(duì)于當(dāng)前我國(guó)國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星的制造和設(shè)計(jì)水平的發(fā)展現(xiàn)狀，影響定位精度的關(guān)鍵問題在于姿態(tài)角元素的低頻和緩變誤差以及因敏捷衛(wèi)星穩(wěn)定度下降帶來的姿態(tài)插值精度下降。本文針對(duì)立體測(cè)繪中的姿態(tài)誤差規(guī)律進(jìn)行了分析，建立了區(qū)分高頻和低頻緩變誤差、同時(shí)考慮設(shè)計(jì)參數(shù)的誤差傳播模型，進(jìn)行了誤差傳播規(guī)律分析和定位精度指標(biāo)分析。針對(duì)主要環(huán)節(jié)提出了相應(yīng)措施。得出結(jié)論如下：

(1)當(dāng)衛(wèi)星采用異側(cè)立體觀測(cè)，前后視的低頻緩變誤差對(duì)高程誤差產(chǎn)生相消的結(jié)果，而對(duì)于同側(cè)立體觀測(cè)，前后視的低頻緩變誤差對(duì)高程誤差產(chǎn)生累加的結(jié)果。當(dāng)前在軌測(cè)繪衛(wèi)星如資源三號(hào)，星上應(yīng)存在6″左右的緩變系統(tǒng)性姿態(tài)誤差，這種誤差通過一次在軌標(biāo)定很難去除。

(2)在姿態(tài)穩(wěn)定度不佳的情況下，限制星上微振動(dòng)幅值、采用高精度相對(duì)測(cè)量設(shè)備并增加姿態(tài)測(cè)量頻率可以提高每行數(shù)據(jù)的姿態(tài)精度，從而提高定位精度。隨著測(cè)姿頻率的提高，對(duì)定位精度提升的幅度高程Z>平面XY；當(dāng)整星測(cè)姿頻率為32 Hz時(shí)，其高程定位精度相比4 Hz提高了約75%，然而當(dāng)測(cè)姿頻率不斷提高至200 Hz甚至10 kHz時(shí)，定位精度趨于穩(wěn)定。

(3)當(dāng)平面定位精度要求30 m量級(jí)時(shí)，星敏感器低頻誤差和夾角穩(wěn)定性不需要在現(xiàn)有衛(wèi)星水平上加嚴(yán)控制，但是應(yīng)盡量采用大基高比異側(cè)立體成像方式，避免系統(tǒng)性低頻姿態(tài)誤差帶來額外的高程誤差。當(dāng)精度要求滿足1：50 000時(shí)，可以通過采用高頻姿態(tài)測(cè)量設(shè)備和夾角檢測(cè)裝置兩種措施，同時(shí)將低頻誤差有效控制在5″以內(nèi)，以滿足測(cè)繪要求。

References)

[1]李德仁，張過，蔣永華，等，國(guó)產(chǎn)光學(xué)衛(wèi)星影像幾何精度研究[J].航天器工程，2016，25(1)：1-9

Li Deren,Zhang Guo,Jiang Yonghua,et al. Research on image geometric precision of domestic optical satellites [J]. Spacecraft Engineering,2016,25(1):1-9 (in Chinese)

[2]王仁享，胡莘，王建榮.天繪一號(hào)無地面控制點(diǎn)攝影測(cè)量[J].測(cè)繪學(xué)報(bào),2013，42 (1):1-5

Wang Renxiang,Hu Xin,Wang Jianrong. Photogrammetry of mapping satellite-1 without ground control points[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2013，42(1):1-5 (in Chinese)

[3]王任享，王建榮，胡莘.在軌衛(wèi)星無地面控制點(diǎn)攝影測(cè)量探討[J]．武漢大學(xué)學(xué)報(bào)·信息科學(xué)版，2011，36(11)：1261-1264

Wang Renxiang,Wang Jianrong,Hu Xin. Photogrammetry of in-flight satellite without ground control point [J]. Geometrics and Information Science of Wuhan Univer-sity,2011，36(11)：1261-1264 (in Chinese)

[4]夏中秋，黃巧林，何紅艷，等.高分辨率光學(xué)遙感衛(wèi)星集合鏈路定位精度分析[J].航天返回與遙感，2016，37(3)：111-119

Xia Zhongqiu,Huang Qiaolin,He Hongyan,et al. Analysis of geolocation accuracy of high resolution optical remote sensing satellite geometric chain[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing,2016,37(3):111-119 (in Chinese)

[5]金濤，李貞，李婷,等.提高光學(xué)遙感衛(wèi)星圖像幾何精度總體設(shè)計(jì)分析[J].宇航學(xué)報(bào)，2013，34(8)：1159-1165

Jin Tao,Li Zhen,Li Ting,et al. System design and analysis for improving geometric accuracy of high-resolution optical remote sensing satellite image [J]. Journal of Astronautics,2013,34(8): 1159-1165 (in Chinese)

[6]王仁享，王建榮，胡莘.衛(wèi)星攝影姿態(tài)測(cè)定系統(tǒng)低頻誤差補(bǔ)償[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，2016,45(2):127-130

Wang Renxiang,Wang Jianrong,Hu Xin. Low-frequency errors compensation of attitude determination system in satellite photogrammetry [J]．Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2016,45(2): 127-130 (in Chinese)

[7]王任享. 三線陣CCD 影像衛(wèi)星攝影測(cè)量原理[M]．北京：測(cè)繪出版社，2006:1-60

Wang Renxiang. Satellite photogrammetric principle for three-line-array CCD imagery[M]. Beijing: Surveying and Mapping Press,2006:1-60 (in Chinese)

[8]智喜洋，張偉，曹移明,等，單線陣CCD 相機(jī)定位精度評(píng)估模型及幾何誤差研究[J].光學(xué)技術(shù)，2011，37(6)：669-674

Zhi Xiyang,Zhang Wei,Cao Yiming,et al. Study on positioning accuracy assessment model and geometric errors for single-linear-array CCD camera[J]. Optical Technique. 2011,37(6): 669-674 (in Chinese)

[9]蔣永華，張過，唐新明，等. 資源三號(hào)測(cè)繪衛(wèi)星三線陣影像高精度幾何檢校[J]. 測(cè)繪學(xué)報(bào)，2013，42(4)：523-529

Jiang Yonghua,Zhang Guo,Tang Xinming，et al.High accuracy geometric calibration of ZY-3 three-line image[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2013，42(4)：523-529 (in Chinese)

[10]武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院測(cè)量平差學(xué)科組.誤差理論與測(cè)量平差基礎(chǔ)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2003

Surveying Adjustment Discipline Groups of Surveying and Mapping School of Wuhan University. Theory and measurement error adjustment[M].Wuhan:Wuhan University Press,2003(in Chinese)

[11]Gruen A，Zhang L. 3D Processing of high-resolution satellite images[C]// Busan，Asian Conference on Remote Sensing 2003. Korea：ACRS,2003:390-394

(編輯：李多)

Discussion of Geo-location Accuracy Increasing Methods of Agile Satellite Without Ground Control Points

LI Zhen JIN Tao LI Ting YANG Dong

(Beijing Institute of Spacecraft System Engineering,Beijing 100094,China)

In light of geo-location accuracy of the agile optical satellite,this paper proposes a fine locating propagation model which distinguishes the high-frequency and low-frequency attitude errors,as well as considering the system design parameters. By the simulation analysis,the influence law of the low-frequency error and attitude stability error to the final location accuracy is presented. Taking the 30m location accuracy and the map scale of 1∶50 000 as an example,the value of index is analyzed and the methods of increasing geo-location accuracy is put forward. The result is that the low-frequency errors mainly impact the horizontal geo-location accuracy. The 30m accuracy would be met with no more control to the attitude problem,but only imaging with larger and symmetric intersection angles. If the satellite attitude measurement accuracy reaches 0.9″and the 200 Hz high-frequency attitude measurement equipment and the on-orbit angle measurement equipment are used between the star track and the camera,also with the control of the low-frequency errors within 5″,the accuracy for the map scale of 1∶50 000 (plan 15m and height 6m) would be met.

agile optical satellite; without ground control points; locating accuracy; low-frequency errors; attitude interpolation; attitude stability

2016-09-22；

2016-11-08

國(guó)家重大航天工程

李貞，女，碩士，工程師，從事航天器有效載荷總體設(shè)計(jì)、光學(xué)遙感衛(wèi)星幾何定位精度總體設(shè)計(jì)等研究工作。Email：schnappilee@foxmail.com。

P236

A

10.3969/j.issn.1673-8748.2016.06.005