CN111397587B - 主动遥感卫星天线相位中心坐标系转换的方法和*** - Google Patents

主动遥感卫星天线相位中心坐标系转换的方法和*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种主动遥感卫星天线相位中心坐标系转换的方法和***，由GNSS(全球导航定位***)观测数据处理得到WGS84坐标系下卫星GNSS天线相位中心的矢量；根据地面测量，得到卫星本体坐标系下GNSS天线相位中心与主动遥感天线相位中心之间的连线矢量；计算卫星本体坐标系到WGS84坐标系的坐标转换矩阵；计算得到WGS84坐标系下卫星主动遥感天线相位中心的矢量。本发明的主动遥感卫星天线相位中心坐标系转换的方法，是主动遥感卫星精密图像处理的关键步骤。

Description

主动遥感卫星天线相位中心坐标系转换的方法和***
技术领域
本发明涉及卫星总体设计技术领域，具体地，涉及一种主动遥感卫星天线相位中心坐标系转换的方法和***。
背景技术
主动遥感卫星通过主辅星在轨空间编队飞行，卫星发射，主辅星同时接收，形成有效干涉基线，对地球形成干涉测绘。主动遥感天线相位中心计算的准确性直接影响测绘精度。
经检索发现，专利文献CN 102981174A公开了一种GPS天线相位中心变化对相对定位精度的修正方法，实现了根据GPS天线相位中心变化修正目标相对定位结果,提高了目标相对定位精度。不适用于主动遥感卫星天线相位中心坐标系转换。
因此，有必要设计一种方法简单、计算精度高、适用性强的主动遥感卫星天线相位中心坐标系转换的方法。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种主动遥感卫星天线相位中心坐标系转换的方法和***。
根据本发明提供的一种主动遥感卫星天线相位中心坐标系转换的方法，包括如下步骤：
步骤S1：通过GNSS观测数据处理得到WGS84坐标系下GNSS天线相位中心的矢量；
步骤S2：根据地面测量，得到卫星本体坐标系下GNSS天线相位中心与主动遥感天线相位中心之间的连线矢量；
步骤S3：基于矢量和连线矢量，计算卫星本体坐标系到WGS84坐标系的坐标转换矩阵；
步骤S4：根据坐标转换矩阵，计算得到WGS84坐标系下卫星主动遥感天线相位中心的矢量。
优选地，所述步骤S1中，通过双星GNSS接收机原始观测数据，在地面经过高精度事后处理，得到WGS84坐标系下卫星GNSS天线相位中心的矢量
Figure BDA0002406633390000021
优选地，所述步骤S2中，根据地面标定后测量，分别得到卫星本体坐标系下GNSS天线相位中心矢量
Figure BDA0002406633390000022
主动遥感天线相位中心的矢量
Figure BDA0002406633390000023
随后计算得到卫星GNSS天线相位中心与主动遥感天线相位中心之间的相对矢量
Figure BDA0002406633390000024
计算公式为：
Figure BDA0002406633390000025
优选地，所述步骤S3中，利用瞬时轨道参数、卫星姿态角、世界时，计算得到卫星本体坐标系到轨道坐标系、到J2000惯性坐标系、到WGS84坐标系的坐标转换矩阵M，计算公式为：
Figure BDA0002406633390000026
其中，PR、NR和EP分别为岁差、章动和极移矩阵，ER为地球旋转矩阵；
L()为坐标系转换矩阵，Lx(α)为绕x轴旋转α角度的变换关系，Ly(α)为绕y轴旋转α角度的变换关系，Lz(α)为绕z轴旋转α角度的变换关系；
Ω为升交点赤经、i为轨道倾角、u为纬度幅角；ψ、φ、θ为卫星姿态偏航角、滚动角、俯仰角，α为卫星斜飞角度。
优选地，计算得到WGS84坐标系下卫星主动遥感天线相位中心的矢量，计算公式为：
Figure BDA0002406633390000027
其中，
Figure BDA0002406633390000028
表示WGS84坐标系下主动遥感天线相位中心的矢量；
Figure BDA0002406633390000029
表示WGS84坐标系下GNSS天线相位中心的矢量；
Figure BDA00024066333900000210
表示卫星GNSS天线相位中心与主动遥感天线相位中心之间的相对矢量。
根据本发明提供的一种主动遥感卫星天线相位中心坐标系转换的***，包括如下模块：
模块S1：通过GNSS观测数据处理得到WGS84坐标系下GNSS天线相位中心的矢量；
模块S2：根据地面测量，得到卫星本体坐标系下GNSS天线相位中心与主动遥感天线相位中心之间的连线矢量；
模块S3：基于矢量和连线矢量，计算卫星本体坐标系到WGS84坐标系的坐标转换矩阵；
模块S4：根据坐标转换矩阵，计算得到WGS84坐标系下卫星主动遥感天线相位中心的矢量。
优选地，所述模块S1中，通过双星GNSS接收机原始观测数据，在地面经过高精度事后处理，得到WGS84坐标系下卫星GNSS天线相位中心的矢量
Figure BDA0002406633390000031
优选地，所述模块S2中，根据地面标定后测量，分别得到卫星本体坐标系下GNSS天线相位中心矢量
Figure BDA0002406633390000032
主动遥感天线相位中心的矢量
Figure BDA0002406633390000033
随后计算得到卫星GNSS天线相位中心与主动遥感天线相位中心之间的相对矢量
Figure BDA0002406633390000034
计算公式为：
Figure BDA0002406633390000035
优选地，所述模块S3中，利用瞬时轨道参数、卫星姿态角、世界时，计算得到卫星本体坐标系到轨道坐标系、到J2000惯性坐标系、到WGS84坐标系的坐标转换矩阵M，计算公式为：
Figure BDA0002406633390000036
其中，PR、NR和EP分别为岁差、章动和极移矩阵，ER为地球旋转矩阵；
L()为坐标系转换矩阵，Lx(α)为绕x轴旋转α角度的变换关系，Ly(α)为绕y轴旋转α角度的变换关系，Lz(α)为绕z轴旋转α角度的变换关系；
Ω为升交点赤经、i为轨道倾角、u为纬度幅角；ψ、φ、θ为卫星姿态偏航角、滚动角、俯仰角，α为卫星斜飞角度。
优选地，计算得到WGS84坐标系下卫星主动遥感天线相位中心的矢量，计算公式为：
Figure BDA0002406633390000037
其中，
Figure BDA0002406633390000038
表示WGS84坐标系下主动遥感天线相位中心的矢量；
Figure BDA0002406633390000039
表示WGS84坐标系下GNSS天线相位中心的矢量；
Figure BDA00024066333900000310
表示卫星GNSS天线相位中心与主动遥感天线相位中心之间的相对矢量。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明能够根据GNSS观测数据、卫星主动遥感天线相位中心和GNSS天线相位中心的位置等，通过一系列的坐标系转换快速计算得到WGS84坐标系下主动遥感天线相位中心的矢量。
2、本发明坐标系转换的方法简单、计算精度高、适用性强，具有良好的应用前景和市场前景。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的主动遥感卫星GNSS和主动遥感天线相位中心的几何关系示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供了一种主动遥感卫星天线相位中心坐标系转换的方法，包括如下步骤：
步骤1，由GNSS(全球导航定位***)观测数据处理得到WGS84坐标系下卫星GNSS天线相位中心的矢量；
步骤2，根据地面测量，得到卫星本体坐标系下GNSS天线相位中心与主动遥感天线相位中心之间的连线矢量；
步骤3，计算卫星本体坐标系到WGS84坐标系的坐标转换矩阵；
步骤4，计算得到WGS84坐标系下卫星主动遥感天线相位中心的矢量。
计算过程中，先有坐标转换矩阵，再计算得到相位中心的矢量。
所述步骤1中，通过双星GNSS接收机原始观测数据，在地面经过高精度事后处理，得到WGS84坐标系下卫星GNSS天线相位中心的矢量
Figure BDA0002406633390000041
所述步骤2中，根据地面标定后测量，分别得到卫星本体坐标系下GNSS天线相位中心矢量
Figure BDA0002406633390000042
主动遥感天线相位中心的矢量
Figure BDA0002406633390000043
随后计算得到卫星GNSS天线相位中心与主动遥感天线相位中心之间的相对矢量
Figure BDA0002406633390000044
计算公式为：
Figure BDA0002406633390000045
所述步骤3中，利用瞬时轨道参数、卫星姿态角、世界时等，计算得到卫星本体坐标系到轨道坐标系、到J2000惯性坐标系、到WGS84坐标系的坐标转换矩阵M，计算公式为：
Figure BDA0002406633390000051
其中，PR、NR和EP分别为岁差、章动和极移矩阵，ER为地球旋转矩阵；
L()为坐标系转换矩阵，Lx(α)为绕x轴旋转α角度的变换关系，Ly(α)为绕y轴旋转α角度的变换关系，Lz(α)为绕z轴旋转α角度的变换关系；
Figure BDA0002406633390000052
Ω为升交点赤经、i为轨道倾角、u为纬度幅角；ψ、φ、θ为卫星姿态偏航角、滚动角、俯仰角，α为卫星斜飞角度。
所述步骤4中，根据以上步骤计算结果，计算得到WGS84坐标系下卫星主动遥感天线相位中心的矢量，计算公式为：
Figure BDA0002406633390000053
其中，
Figure BDA0002406633390000054
表示WGS84坐标系下主动遥感天线相位中心的矢量；
Figure BDA0002406633390000055
表示WGS84坐标系下GNSS天线相位中心的矢量；
Figure BDA0002406633390000056
表示卫星GNSS天线相位中心与主动遥感天线相位中心之间的相对矢量。
如图1所示，卫星星体10安装了GNSS天线1、主动遥感天线2、太阳阵3，Os为卫星安装坐标系原点，S为卫星主动遥感天线相位中心，G为卫星GNSS天线相位中心。
综上所述，本发明的主动遥感卫星天线相位中心坐标系转换的方法，能够根据GNSS观测数据、主动遥感天线相位中心和GNSS天线相位中心的位置等，通过一系列的坐标系转换快速计算得到WGS84坐标系下主动遥感天线相位中心的矢量。该计算方法简单、计算精度高、适用性强，具有良好的应用前景和市场前景，是主动遥感卫星精密图像处理的关键步骤。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的***、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的***、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的***、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (3)

1.一种主动遥感卫星天线相位中心坐标系转换的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：通过GNSS观测数据处理得到WGS84坐标系下GNSS天线相位中心的矢量；
步骤S2：根据地面测量，得到卫星本体坐标系下GNSS天线相位中心与主动遥感天线相位中心之间的连线矢量；
步骤S3：基于矢量和连线矢量，计算卫星本体坐标系到WGS84坐标系的坐标转换矩阵；
步骤S4：根据坐标转换矩阵，计算得到WGS84坐标系下卫星主动遥感天线相位中心的矢量；
所述步骤S1中，通过双星GNSS接收机原始观测数据，在地面经过高精度事后处理，得到WGS84坐标系下卫星GNSS天线相位中心的矢量
Figure FDA0003408474230000011
所述步骤S2中，根据地面标定后测量，分别得到卫星本体坐标系下GNSS天线相位中心矢量
Figure FDA0003408474230000012
主动遥感天线相位中心的矢量
Figure FDA0003408474230000013
随后计算得到卫星GNSS天线相位中心与主动遥感天线相位中心之间的相对矢量
Figure FDA0003408474230000014
计算公式为：
Figure FDA0003408474230000015
所述步骤S3中，利用瞬时轨道参数、卫星姿态角、世界时，计算得到卫星本体坐标系到轨道坐标系、到J2000惯性坐标系、到WGS84坐标系的坐标转换矩阵M，计算公式为：
Figure FDA0003408474230000016
其中，PR、NR和EP分别为岁差、章动和极移矩阵，ER为地球旋转矩阵；
L()为坐标系转换矩阵，Lx(α)为绕x轴旋转α角度的变换关系，Ly(α)为绕y轴旋转α角度的变换关系，Lz(α)为绕z轴旋转α角度的变换关系；
Ω为升交点赤经、i为轨道倾角、u为纬度幅角；ψ、φ、θ为卫星姿态偏航角、滚动角、俯仰角，α为卫星斜飞角度；
计算得到WGS84坐标系下卫星主动遥感天线相位中心的矢量，计算公式为：
Figure FDA0003408474230000017
其中，
Figure FDA0003408474230000018
表示WGS84坐标系下主动遥感天线相位中心的矢量；
Figure FDA0003408474230000021
表示WGS84坐标系下GNSS天线相位中心的矢量；
Figure FDA0003408474230000022
表示卫星GNSS天线相位中心与主动遥感天线相位中心之间的相对矢量。
2.一种主动遥感卫星天线相位中心坐标系转换的***，其特征在于，包括如下模块：
模块S1：通过GNSS观测数据处理得到WGS84坐标系下GNSS天线相位中心的矢量；
模块S2：根据地面测量，得到卫星本体坐标系下GNSS天线相位中心与主动遥感天线相位中心之间的连线矢量；
模块S3：基于矢量和连线矢量，计算卫星本体坐标系到WGS84坐标系的坐标转换矩阵；
模块S4：根据坐标转换矩阵，计算得到WGS84坐标系下卫星主动遥感天线相位中心的矢量；
所述模块S1中，通过双星GNSS接收机原始观测数据，在地面经过高精度事后处理，得到WGS84坐标系下卫星GNSS天线相位中心的矢量
Figure FDA0003408474230000023
所述模块S2中，根据地面标定后测量，分别得到卫星本体坐标系下GNSS天线相位中心矢量
Figure FDA0003408474230000024
主动遥感天线相位中心的矢量
Figure FDA0003408474230000025
随后计算得到卫星GNSS天线相位中心与主动遥感天线相位中心之间的相对矢量
Figure FDA0003408474230000026
计算公式为：
Figure FDA0003408474230000027
所述模块S3中，利用瞬时轨道参数、卫星姿态角、世界时，计算得到卫星本体坐标系到轨道坐标系、到J2000惯性坐标系、到WGS84坐标系的坐标转换矩阵M，计算公式为：
Figure FDA0003408474230000028
其中，PR、NR和EP分别为岁差、章动和极移矩阵，ER为地球旋转矩阵；
L()为坐标系转换矩阵，Lx(α)为绕x轴旋转α角度的变换关系，Ly(α)为绕y轴旋转α角度的变换关系，Lz(α)为绕z轴旋转α角度的变换关系；
Ω为升交点赤经、i为轨道倾角、u为纬度幅角；ψ、φ、θ为卫星姿态偏航角、滚动角、俯仰角，α为卫星斜飞角度。
3.根据权利要求2所述的主动遥感卫星天线相位中心坐标系转换的***，其特征在于，计算得到WGS84坐标系下卫星主动遥感天线相位中心的矢量，计算公式为：
Figure FDA0003408474230000031
其中，
Figure FDA0003408474230000032
表示WGS84坐标系下主动遥感天线相位中心的矢量；
Figure FDA0003408474230000033
表示WGS84坐标系下GNSS天线相位中心的矢量；
Figure FDA0003408474230000034
表示卫星GNSS天线相位中心与主动遥感天线相位中心之间的相对矢量。
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