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基于恒星相机的卫星像片姿态测定方法研究

作　者: 江振治
导　师: 韩玲；汤晓涛
学　校: 长安大学
专　业: 摄影测量与遥感
关键词: 摄影测量 共线方程 恒星像片 像片姿态角 空中三角测量
分类号: P236
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 119次
引　用: 2次
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内容摘要


测绘卫星是目前获取境外目标空间信息的主要技术手段,为实现摄影定位卫星无地面控制条件下的目标定位,在卫星对地摄影的同时,必须对星空的恒星进行拍摄,通过处理恒星影像来获取地像片摄影瞬间的姿态角元素。这些姿态数据在卫星摄影测量定位中将起到重要的控制作用:能有效地抑制系统误差的累积,或在无地面控制时,与轨道数据一同使用,通过构建摄影测量控制网和区域网的平差计算,达到精确测定目标点和控制网点坐标的任务。像片姿态的计算原理是双矢量定姿原理以及摄影测量中的共线方程。通过以下步骤求得地像片的姿态角:即根据精确量测所得的恒星影像坐标,经解析定向,将星像点坐标归化到框标坐标系中;利用快速找星算法从星表数据库中查找与其相对应的恒星天球坐标,并按标准历元进行恒星视位置化算;利用归化过的星像点坐标和相应的恒星天球坐标(经过视位置化算)按共线方程组成误差方程,采用最小二乘法平差答解求出摄影瞬间星像片的姿态角;通过建立星地相机空间数据转换模型,确定出地像片姿态角,为摄影定位卫星提供高精度的姿态数据。主要成果和结论如下:(1)利用图像处理技术自动判认恒星像片框标点和星像点,并精确量其像点坐标,解决了恒星影像的框标点和星像点的自动判认和量测问题。(2)根据矢量定姿原理,建立了高精度星像片姿态计算模型,并综合利用J2000星表数据库和恒星视位置的计算方法,使判星能力得到提高,并显著提高了星像片姿态的计算精度和可靠性。(3)研究了快速实用的自动找星算法。能够根据星像点的量测坐标,采用快速查找算法,从星表数据库的数十万条记录进行筛选,找出与星像点相对应的恒星。(4)建立了星地相机空间数据转换模型,研究开发了基于数字影像的卫星像片姿态计算系统。(5)实际处理了63张恒星影像,所判的星像点数量多且分布均匀,满足了整体可靠性和整体精度指标要求,姿态角精度平均为m_α,m_δ≤0.8″,m_κ≤5″。(6)卫星像片姿态数据应用于卫星像片空中三角测量的加密结果,得知有像片姿态角控制比无像片姿态角控制的加密精度要好得多,表明像片姿态角控制能有效地消除系统误差累积,提高了整体精度。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-17
  1.1 研究目的和意义  11
  1.2 姿态测量的方法  11-13
  1.3 恒星相机国内外发展现状  13-14
  1.4 恒星相机定姿的工作原理及数据处理流程  14-15
  1.5 论文的总体结构  15-17
第二章 天文学基础及摄影测量学基础  17-26
  2.1 基本概念  17-19
  2.2 航天摄影测量中常用的坐标系  19-24
  2.3 由星片姿态角计算地像片姿态角的方法  24-26
第三章 对恒星相机的指标要求及精度分析  26-32
  3.1 恒星相机探测目标—恒星的特性  26-27
  3.2 探测精度指标分析及要求  27-32
    3.2.1 探测星等能力  27
    3.2.2 姿态测量精度估计  27-28
    3.2.3 姿态测量精度分析  28-32
第四章 恒星像片的判认和量测  32-38
  4.1 数字恒星像片框标点及星像点的判读和量测  32-35
    4.1.1 框标点的判读和量测  32
    4.1.2 星像点的判认  32-33
    4.1.3 星像点中心坐标的确定  33
    4.1.4 星像点量测坐标的归算  33-34
    4.1.5 光学畸变改正  34-35
  4.2 自动找星技术  35-38
    4.2.1 恒星像片概略星区计算  35
    4.2.2 选择定标星  35-36
    4.2.3 自动找星  36-38
第五章 恒星视位置计算  38-47
  5.1 恒星自行、岁差改正  38-40
  5.2 章动改正  40-43
  5.3 周年光行差改正  43-44
  5.4 周日光行差改正  44-45
  5.5 恒星光行差改正  45-47
第六章 星地像片姿态角计算  47-60
  6.1 计算星像片在天球坐标系的姿态角  47-55
  6.2 计算地像片在地心坐标系的姿态角  55-57
    6.2.1 星像片在地心坐标系的姿态角  55
    6.2.2 星像片姿态角中误差计算  55
    6.2.3 地像片在地心坐标系的姿态角  55-56
    6.2.4 地像片姿态角中误差计算  56-57
  6.3 卫星像片姿态计算结果与分析  57-60
第七章 卫星像片姿态数据在空三加密中的应用  60-62
结论  62-63
参考文献  63-65
攻读学位期间取得的研究成果及发表的学术论文  65-66
致谢  66

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 测绘学 > 摄影测量学与测绘遥感 > 卫星摄影测量与空间摄影测量
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