GEO卫星图像定位配准技术及仿真验证研究

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1、V01．24No．4航天器工程第24卷第4期88SPACECRAFrENGINEERING2015年8月GEO卫星图像定位配准技术及仿真验证研究许海玉王皓沈毅力边志强钱勇(上海卫星工程研究所，上海200240)摘要介绍了图像定位与配准基本原理，建立了补偿量数学模型，运用实时仿真系统代替有效载荷扫描辐射计、大气垂直探测仪及姿轨控等相关分系统模拟了卫星在轨工作状况，对图像定位与配准技术进行了仿真验证研究，结果表明：该验证方法合理有效，可为图像定位配准系统设计及在轨应用提供参考依据。关键词图像定位与配准；动态补偿；力矩补偿；实时仿真系统中图分类号：v414文献标志码：ADOI：1

2、0．3969／j．issn．1673—8748．2015．04．015StudyonGEOSatelliteImageNavigation＆RegistrationTechnologyandSimulationVerificationXUHaiyuWANGHaoSHENYiliBIANZhiqiangQIANYong(ShanghaiInstituteofSatelliteEngineering，Shanghai200240，China)Abstract：Inthispaper，thebasictheoryofimagenavigationandregistrationis

3、introduced，andthecompensationmathematicalmodelisfounded．Satelliteon—boardworkingconditionissimula—tedbythereal—timesimulationsystem，andimagenavigationandregistrationtechnologywasvalidatedbasedonco—simulation．Theresultsshowthatthedesignofthereal—timesimulationsystemislogical，andthesystemcan

4、giveareferencefordesignandon—boarduseoftheINR．Keywords：imagenavigationandregistration；dynamicalcompensation；torquecompensation；real—timesimulationsystem引言随着航天遥感对地观测技术的不断发展，遥感卫星获取图像的分辨率越来越高，其应用也越来越广泛，为了满足我国第二代地球静止轨道气象卫星观测能力更高的需求，我国第二代地球静止轨道气象卫星将首次采用图像定位与配准(ImageNaviga—tionandRegistration，IN

5、R)技术，以高精度确定气象云图中每个像素的地理位置，为精确预报天气奠定基础。在轨进行图像定位与配准技术的功能与任务是：通过载荷扫描镜转角增加补偿量的方式，以消除由卫星姿态、轨道及热变形带来的光轴指向偏差；并且进行前馈力矩补偿，以抵消由载荷运动对平台稳定性带来的影响。在美国，类似技术已经成功应用于地球静止环境业务卫星(GeostationaraOpera-tionalEnvironmentalSatellite，GOES)系列中，并得到了很好的效果。在欧洲，第三代气象卫星(MeteosatThirdGeneration，MTG)系列也在开发高精度在轨图像定位与配准技术口≈]。

6、对于卫星图像定位与配准的研究，文献E43提出基于预估模型的补偿方法，能够减小扫描镜运动对扫描镜光轴指向的影响，提高扫描镜的成像质量。文献E5]针对两自由度扫描镜图像运动补偿问题，在卫星姿态估计信息的基础上，给出了一种姿态运动收稿日期：2015—04-20；修回日期：2015—05-10作者简介：许海玉，男，工程师，从事卫星图像定位配准设计工作。Email：xuecantiandi@163．COITI。第4期许海玉等：GEO卫星图像定位配准技术及仿真验证研究补偿算法。文献[6—7]定义了扫描角、步进角和固定网格，分析了轨道运动和结构热变形对静止轨道气象卫星成像的影响，并分别给

7、出了图像运动补偿模型。但上述文献对三种运动补偿算法的流程，补偿时序的正确性缺少联合仿真验证的研究，为此本文应用实时运动补偿模型，搭建了一套仿真验证系统，模拟了卫星在轨工作情况，对运动补偿算法进行了仿真验证。2图像定位与配准技术基本原理在轨引起遥感卫星图像定位配准偏差的主要因素有：安装误差、发射振动变形、热变形、轨道、姿态和时钟误差等原因。其中，安装误差和发射振动变形是一个常值偏差，可在卫星发射人轨后对其进行标定并一次性修正；时钟误差是一个随机量，需要通过提高星上时统精度，降低其对图像定位配准的影响来避免；而轨道变化