基于星相机恒星影像的对天空中三角测量方法

In recent years, improving the geolocation accuracy is the tend of future development of the high resolution earth observation system. We have set the target to realize the high geolocation accuracy in our space program. Besides, the high geolocation accuracy is the foundation of the high satellite attitude accuracy. Star tracker is an important attitude determination apparatus in attitude determination and control system of the aerospace vehicle. The universal used data output by star tracker is computed based on single star image at real time at home and abroad at present. This project takes advantage of the thought of aerotriangulation in photogrammetry to research the method of star tracker after processing in order to make full use of the overlapping information of the stellar image sequence and to overcome the limit of Computer hardware, Computing environment and algorithm on satellite at real time. This project mainly focuses on (1) Optimizing and building the guide star catalog for aerotriangulation facing the sky; (2)Building the stellar aerotriangulation block based on star pattern identification; (3) Self-calibration aerotriangulation based on the stellar image sequence.This project is hopeful to improve the attitude accuracy and reliability of the star tracker to make the attitude determination accuracy reach to sub-arcsec and lower. This project lays the foundation for the theory and method to provide earth observation satellite in the major program of spatial information networks with high accuracy and high reliability attitude.

近些年来，提高遥感卫星空间定位精度是高分辨率对地观测系统未来发展的趋势，我国已确立了实现高精度遥感卫星定位的航天发展目标，而高精度的卫星定姿是高精度卫星定位的基础。星敏感器是航天飞行器的姿态测量和控制系统中重要的定姿设备，目前国内外通常使用的星敏感器测量值是单星图星上实时解算姿态。本项目利用摄影测量中空中三角测量的思想，开展星敏感器地面后处理研究，充分利用序列恒星影像的重叠信息，克服星上实时解算时计算机硬件、计算环境、算法复杂度等约束。本项目重点从以下三个方面开展研究：（1）面向对天空三的导航星数据库的优化和构建；（2）基于星图匹配的恒星空三区域网的构建；（3）基于序列恒星影像的自检校空中三角测量。本项目有望提高星敏感器姿态的解算精度和可靠性，使定姿精度达到亚角秒级甚至更高精度，为空间信息网络重大研究计划中对地观测遥感卫星提供高精度高可靠性的卫星姿态奠定理论和方法基础。

近些年来，提高遥感卫星空间定位精度是高分辨率对地观测系统未来发展的趋势，我国已确立了实现高精度遥感卫星定位的航天发展目标，而高精度的卫星定姿是高精度卫星定位的基础。星敏感器是航天飞行器的姿态测量和控制系统中重要的定姿设备，目前国内外通常使用的星敏感器测量值是单星图星上实时解算姿态。本项目利用摄影测量中空中三角测量的思想，开展星敏感器地面后处理研究，充分利用序列恒星影像的重叠信息，克服星上实时解算时计算机硬件、计算环境、算法复杂度等约束。本项目重点从以下三个方面开展研究：（1）基于序列恒星影像的自检校空中三角测量；（2）星敏感器低频误差分析、建模与补偿；（3）星敏感器与陀螺数据高精度事后组合定姿处理。本项目为空间信息网络重大研究计划中对地观测遥感卫星提供高精度高可靠性的卫星姿态奠定理论和方法基础。课题组在充分分析星敏感器误差传播关系的基础上，研究基于序列恒星影像的自检校空中三角测量方法，该方法可以在星敏感器精确内定标参数未知的情况下，实现事后精确的在轨几何定标及姿态解算，为星敏感器长时间运行条件下参数的稳定修正提供了有效的方法。课题组从星敏感器在轨低频误差产生原理和误差特性入手，创新性的提出了一种星地一体化光学卫星姿态低频误差分析，建模与标定方案。课题组针对星敏陀螺星上组合滤波处理的局限性，提出了一种基于双向滤波整体加权平滑的高精度姿态数据地面处理算法，并建立了利用高精度几何定标场数据进行验证与评价的方法体系。本项目为未来超高精度星相机的定姿处理算法提供了全链路的理论和方法支撑。