基于地面控制的测绘卫星周期性姿态误差修正技术研究

As the important mean of 1:50,000 or larger scale basic geographic information database quickly update in the future, domestic satellite mapping without the ground control information is limited by satallite absolute attitude accuracy. As current most high-resolution remote sensing satellite have the periodic attitude error, the project is based on the China's first civil stereo mapping satellite-ZY-3, and break through satellite periodic attitude error rectification technique using ground information to further enhance the global satellite mapping ability. The researches include: (1) the periodic attitude error detection using satellite and ground information is designed to confirm the error characteristics. (2) The attitude error resolving model based on ground information are constructed, and the attitude error model is built, and model parameters are estimated by Least Squares.(3) The attitude error rectification software platform are integrated based on the research result, and the experimental verification is performed for the satellite attitude error correction model . The expected result will be applied for domestic cartographic satellite attitude error correction to improve the absolute attitude accuracy, and also be provided for subsequent domestic high-resolution remote sensing satellites to enhance geometric positioning accuracy without ground control information.

作为未来国家1:5万及更大比例尺基础地理数据快速更新的重要手段，测绘卫星无控制测图精度很大程度上取决于卫星传感器定姿定向的绝对精度。针对当前国内外高分辨率遥感卫星姿态测量存在周期性误差的问题，本项目立足于我国首颗民用立体测绘卫星--资源三号卫星，深入研究并突破基于地面控制的卫星姿态周期性误差修正技术，进一步提升国产测绘卫星的全球无控制测图能力。内容包括：（1）研究基于星地结合的周期性姿态误差探测技术，确定卫星绝对姿态误差变化时相特性；（2研究基于地面控制的姿态误差解算方法，构建姿态误差模型并实现高精度最小二乘参数估计；（3）集成研究成果，构建姿态误差修正原型软件，实现姿态误差修正，利用资源三号星上下传原始姿态数据和地面控制数据进行试验验证。预期研究成果将用于提高国产测绘卫星绝对姿态精度，为提升国产高分辨率遥感卫星无控制定位精度提供技术支撑。

国产测绘卫星无控制测图作为未来我国1:5万及更大比例尺基础地理信息数据快速更新的重要手段，其精度直接受到卫星绝对姿态精度影响。针对当前国内外高分辨率遥感卫星定姿存在规律性短周期误差，本项目立足于我国首颗民用立体测绘卫星——资源三号卫星，深入研究并突破基于地面控制的卫星姿态短周期误差修正技术：.（1）完成了星地联合的姿态短周期误差探测研究；针对原始姿态异常数据,提出了一套由粗到精的预处理方法，提高了原始姿态数据的有效性；针对国产APS原始星图数据，开展了星图预处理、星图识别等技术研究，利用在轨下传原始星图数据进行事后处理，光轴指向精度可达到1.82角秒(1σ)；利用星上下传全弧段姿态数据，提出并实现了基于双星敏光轴矢量夹角进行短周期姿态误差探测算法，完成了短周期姿态变化的探测和拟合，拟合残差中误差为2.89角秒；实现了基于前后向无迹粒子滤波（UKF）的星敏陀螺联合定姿，在无控制点情况下平面精度可提高1~2米。基于资源三号姿态数据，开展差分频谱方法研究，采用快速傅里叶变换进行资源三号卫星姿态数据的频域分析，探测到0.28Hz、0.58Hz和1.12Hz等频率的姿态周期变化；.（2）完成了姿态误差模型构建与参数估计；根据星上姿态和地面无控制定位精度变化规律，开展了控制分布方案设计，选取了巴西、南美等国外控制区域。基于这些区域高分立体影像数据，开展了控制点获取工作。开展并完成了附加姿态校正项的严密成像模型的构建，提出了一种定向片的姿态误差解算方法，实现基于地面控制的姿态误差计算。提出了基于最小二乘的姿态误差拟合算法，对解算的姿态残差进行了拟合。利用仿真数据开展了模型试验验证与分析。.（3）集成研究成果。构建了国产卫星姿态短周期误差修正软件平台，可用于卫星姿态误差修正。研究成果可用于资源三号卫星事后姿态修正处理中，为资源三号及后续国产高分辨率遥感卫星无控制定位精度提升提供了重要技术支撑。