三线阵立体测绘相机时间同步精度及其检测技术研究

三线阵立体测绘相机具有从摄取影像出发重构外方位元素的特点,可以建立比较严整的光束法空中三角测量模型，降低对卫星姿态稳定度的要求,是未来空间立体测绘相机的发展方向，而时间同步精度是三线阵立体测绘相机测绘精度的重要影响因素。本项目对三线阵立体测绘相机时间同步精度对测绘精度的影响进行定量分析研究，建立测绘精度和时间同步精度之间的量化模型，实现在给定某一测绘精度时，根据当前的轨道定位精度等条件，给出能够满足该测绘精度的最低时间同步精度；对目前各种时间同步系统进行分析和比较，设计出具有较高精度和可靠性的时间系统；突破三线阵立体测绘相机时间同步精度实时在线检测技术，实现对摄影期间图像辅助数据中保存的图像对时信息的时间同步精度的实时全程测量；对三线阵立体测绘相机时间系统进行测试，得到系统在正常条件下和某一部件故障而时间系统降级时，所能达到的时间同步精度，进而给出时间系统降级对测绘精度的影响。

时间同步精度是空间立体测绘相机测绘精度的重要影响因素, 下一代空间立体测绘相机要实现测绘精度的大幅提高，首先要解决相机时间同步精度和测绘精度之间的定量关系这一基础科学问题，然后以此为依据建立空间立体测绘相机高精度的时间系统。本项目深入研究三线阵立体测绘相机进行摄影测量的理论基础，推导了基线误差、姿态角误差和摄站误差与测绘精度的定量关系。利用STK仿真和统计平台以往在轨数据的方法得到外方位元素随时间的变化规律,逐一分析由于时间同步误差额外带来的基线误差、姿态角误差和摄站误差，最终建立了时间同步精度和测绘精度之间的量化模型。在对三线阵立体测绘相机时间系统工作原理进行分析的基础上，分别建立了三线阵立体测绘相机的高精度时间同步误差模型和平台高精度时间同步误差模型，并根据该模型采取缩短行同步计数器查询周期等多项措施对相机时间系统进行优化，经过优化后使用GPS高精度时间进行时间同步时相机时间同步误差≤74.8μs，相机时间同步误差绝对值≤11.2μs的概率不低于0.95，使用航天器平台时间进行时间同步时，相机时间同步误差绝对值≤3.34ms。提出了一种相机时间同步精度的实时在线检测方法并研制了相机时间同步精度实时检测设备，实时检测并全程记录摄影过程中相机时间同步误差的动态变化，解决了常规仪器由于存储深度不足而无法长期检测这一难题,经标定其测量精度≤±1μs。结合目前航天测控的实际条件，设计出满足下一代空间测绘相机要求，并具有较高可靠性的新型空间立体测绘相机时间系统，测试结果表明新型空间立体测绘相机时间系统的相机时间同步精度提高一个数量级。本项目的研究成果为下一代空间测绘相机立体测绘相机的研制奠定基础。