高分辨率光学卫星平台颤振对成像几何精度的影响及补偿方法研究

With the improving of spatial resolution, the influence of satellite platform jittering is dramatically increasing on the internal geometric accuracy of imaging, which is a new bottleneck problem for high-resolution optical satellite of China. To deal with this problem, this project mainly focuses on (1) characterization analysis of platform jittering source and imaging simulation, (2) platform jittering detection and compensation methods based on imaging parallax and reference data, (3) analysis, modeling and geometry processing methods based on measurement data of on-orbit platform jittering. The objective of this project is to reveal the influence of platform jittering on imaging; overcome the problems of platform jittering detection and compensation methods based on imaging parallax and reference data; analysis, modeling and geometry processing methods based on measurement data of on-orbit platform jittering. The outcomes of the project can not only improve the internal geometric accuracy of high resolution optical imaging satellite to satisfy all kinds of remote sensing applications, but also provide a reference for the satellite platform design and control.

平台颤振对成像内部几何精度的影响，随着分辨率的不断提高越发显著，是我国高分辨率光学卫星面临的一个新的瓶颈问题。本项目针对此问题重点研究：（1）平台颤振源特性分析及成像仿真模拟；（2）基于成像视差及参考数据的平台颤振检测与补偿方法；（3）基于在轨平台颤振测量数据的分析、建模与几何处理方法。通过本项目的研究，拟揭示平台颤振对成像的作用机理，攻克基于成像视差及参考数据的平台颤振检测与补偿方法，以及基于在轨平台颤振测量数据的分析、建模与几何处理方法等难题，提高国产高分辨率卫星的内部几何精度，以满足高分辨率光学卫星影像各类遥感应用需求，同时也可以为卫星平台设计、控制提供参考。

本项目围绕空间平台颤振对高分辨率光学卫星影像成像的影响及补偿方法展开研究，（1）深入分析了控制力矩陀螺和反作用飞轮的特性及其对成像的影响，并有针对性的进行了减振设计；（2）深入分析了平台震颤对成像的影响机理，揭示了平台颤振对高分辨率光学卫星成像的影响以及与几何定位精度之间的定量关系；（3）在缺少在轨平台颤振测量数据的情况下，提出了适用于不同时间间隔的通用分时成像数据平台颤振建模与检测方法，仅用于补偿平台颤振引起的几何变形误差的像方和物方补偿方法，以及同时补偿平台颤振引起的几何变形与模糊的基于平台颤振像移轨迹的补偿方法；（4）在具有在轨平台颤振测量数据的情况下，构建了线加速度计与角位移传感器观测模型，提出了颤振测量数据的高精度信息融合处理方法，以及基于颤振测量系统的光学影像颤振畸变校正方法。通过本项目的研究，形成了完整的平台颤振检测与补偿方法体系，无论是否具有高精度的在轨平台颤振测量数据，均可以有效补偿平台颤振引起的几何变形与模糊问题，提高高分影像数据产品的质量。所研究成果不仅形成了高分辨率光学卫星平台颤振检测、颤振测量数据处理以及平台颤振补偿软件系统，成功应用于资源、高分和遥感系列多颗光学卫星地面数据处理系统中，有效提升了国产光学卫星数据产品的质量，而且还及时反馈给了卫星设计研制单位，在卫星设计研制的过程中进行改进，在源头上彻底消除或降低平台颤振对成像的影响。