1.基于几何位置精解算的静止卫星月球影像导航配准方法,其特征在于,包括数据准备、数据处理和模型构建;
数据准备包括准备卫星姿态数据、月球星历数据、月球图像数据、卫星位置和速度数据;
数据处理包括边缘检测、椭圆拟合、得到椭圆参数、图像裁剪、高斯滤波,高斯滤波结果反馈给边缘检测,椭圆拟合得到月球图像的几何中心,椭圆参数进行拟合结果验证;
模型构建包括建立坐标系之间的转换矩阵,计算图像中心的扫描角和步进角,得到全月扫描角和步进角,使用传感器光轴定位月面点的方法,将月面点的两角转换为月面坐标,最后进行配准结果输出;
将月面点的两角转换为月面坐标包括将月球图像点的行列号转为两个角度:;
;
式中, 分别表示月球图像的行号和列号, 分别表示月球图像中的两角, 分别表示南北和东西方向的角度, 分别表示月球图像中心所在行列号, 分别表示卫星在南北和东西方向上的角度采样间隔。
2.根据权利要求1所述的基于几何位置精解算的静止卫星月球影像导航配准方法,其特征在于,建立坐标系之间的转换矩阵包括建立卫星轨道坐标系 到惯性坐标系的旋转矩阵 、卫星本体坐标系 到卫星轨道坐标系 的旋转矩阵、卫星本体坐标系 到惯性坐标系 的旋转矩阵 、惯性坐标系到月球固定坐标系 的旋转矩阵 。
3.根据权利要求2所述的基于几何位置精解算的静止卫星月球影像导航配准方法,其特征在于,建立卫星轨道坐标系 到惯性坐标系 的旋转矩阵 包括:; ;
; ;
式中,和 分别为卫星在 下的位置和速度矢量, 、 、 是旋转矩阵在三个维度上的分量。
4.根据权利要求3所述的基于几何位置精解算的静止卫星月球影像导航配准方法,其特征在于,建立卫星本体坐标系 到卫星轨道坐标系 的旋转矩阵 包括:;
;
;
;
式中, 、 、分别表示滚动角、俯仰角和偏航角, 、 、 分别表示的三个坐标轴逆时针旋转 、、角度以后的结果。
5.根据权利要求4所述的基于几何位置精解算的静止卫星月球影像导航配准方法,其特征在于,建立卫星本体坐标系 到惯性坐标系 的旋转矩阵 包括:。
6.根据权利要求5所述的基于几何位置精解算的静止卫星月球影像导航配准方法,其特征在于,建立惯性坐标系 到月球固定坐标系 的旋转矩阵 包括:;
式中, 、 、 为月球相对于国际天球参考框架的三个月球天平动参数, 为 的 坐标轴逆时针旋转 角度以后的结果,为 的 坐标轴逆时针旋转 角度以后的结果, 为 的 坐标轴逆时针旋转 角度以后的结果。
7.根据权利要求6所述的基于几何位置精解算的静止卫星月球影像导航配准方法,其特征在于,得到月球图像几何中心的扫描角和步进角包括获得地心天球坐标系 下的月球位置,根据月球图像观测时刻的协调世界时 ,利用星历表 计算当前时刻的月心坐标矢量 ,利用常值矩阵 将月心坐标从 转到 ;
使用插值算法求得观测时刻 下的卫星位置 ,计算月心在以卫星质心为原点的 框架下的坐标 ,然后根据 求得月心在 下的位置:; ;
计算月球质心在卫星传感器下的坐标,通过 求得传感器光轴在 下指向月心的坐标 ,求得图像中心所在的扫描角 和步进角 :; 。
8.根据权利要求7所述的基于几何位置精解算的静止卫星月球影像导航配准方法,其特征在于,传感器光轴定位月面点包括以卫星质心为原点 建立右手笛卡尔坐标系,月球质心坐标为 ,传感器光轴向量从卫星质心出发,指向月球正面某点 ,求解 在右手笛卡尔坐标系下的坐标 ;
设有一条自 出发的线段 ,经过点 ,终点为点 ,与月球表面有至少一个交点,已知点 的扫描角和步进角,求传感器光轴的方向向量 :; ; ;
将 按单位向量进行倍数延长得到 的坐标 ,线段 经过点 、点和点 ,线段 的参数方程为:
;
式中,为已知倍数, 为参数方程的待求参数, 是 的坐标值。
9.根据权利要求8所述的基于几何位置精解算的静止卫星月球影像导航配准方法,其特征在于,传感器光轴定位月面点包括月球方程为:;
式中, 为月球半径, 、 、 是月球方程的三个位置未知数;
将线段 的参数方程代入月球方程:
; ;
; ; ;
式中,、、是方程的三个系数,计算判定式 的值判断线段 和月球的交点数量。
10.根据权利要求9所述的基于几何位置精解算的静止卫星月球影像导航配准方法,其特征在于,将 两个角度转为月面点在 下的坐标,再通过坐标转换得到月面点在 下的坐标:
;
式中, 表示点 在月球固定坐标系 下的坐标。