静止轨道光学卫星热形变对成像几何的影响与补偿方法研究

Geostationary orbit optical satellite is one of the main directions in the field of high resolution earth observation system in the future, and plays an important role in space surveillance system. Due to the fact that the orbital altitude of the geostationary orbit satellite is up to tens of thousands of kilometers, the thermal deformation, which caused by the hot and cold environment, has become the key factor that influences the geometric positioning accuracy of satellite images. Geostationary orbit satellite has some characteristics, such as the complexity of the geometric error model, the high coupling between the thermal deformation error and other errors, and the complicacy of its change law, all of which bring a major challenge for the thermal deformation error modeling and compensation. Based on the analysis of entire system error of geostationary orbit satellite, this project will carry out researches on the thermal deformation error expression and separation method, and quantitively analyze its impact on image geometric positioning accuracy using GF-4 satellite data. Furthermore, the modeling method based on time-space dimension will be employed to model and compensate the thermal deformation error. Researches in this project will lay a theoretical foundation for the detection, analysis, modeling and compensation of the thermal deformation of future geostationary orbit high resolution optical satellite, which has important academic and practical value.

静止轨道光学卫星是未来高分辨率对地观测领域重大发展方向，在空间监测系统中占有非常重要的地位。由于静止轨道卫星运行轨道达到数万公里，空间冷热环境产生的热形变已成为影响卫星影像无控制几何定位精度的关键因素。静止轨道卫星存在几何定位误差模型复杂、热形变误差与其它误差高度耦合、变化规律复杂等难点，为热形变误差的在轨建模与补偿带来重大挑战。本项目在对卫星全链路误差分析的基础上，研究基于几何定标的热形变误差表达与分离方法，利用高分四号卫星真实数据定量分析热形变对影像几何无控制定位精度的影响，进一步采用基于时空维度的热形变误差建模方法，实现热形变误差的在轨建模与补偿。通过本项目的研究，为未来更高分辨率的静止轨道光学卫星热形变的检测、分析、建模与补偿奠定坚实的理论基础，具有重要的理论和应用价值。

静止轨道光学卫星是未来高分辨率对地观测领域重大发展方向，在空间监测系统中占有非常重要的地位。由于静止轨道卫星运行轨道达到数万公里，空间冷热环境产生的热形变已成为影响卫星影像无控制几何定位精度的关键因素。静止轨道卫星存在几何定位误差模型复杂、热形变误差与其它误差高度耦合、变化规律复杂等难点，为热形变误差的在轨建模与补偿带来重大挑战。本课题在对卫星全链路误差分析的基础上，研究基于几何定标的热形变误差表达与分离方法，利用高分四号卫星真实数据定量分析热形变对影像几何无控制定位精度的影响，进一步实现热形变误差的在轨建模与补偿。通过对不同成像时间和成像区域数据的几何无控制定位精度的评估结果表明，成像时间和成像面积的改变会引起热环境的变化，安装角度也会相应变化，长时间内获取的同一地区影像以及短时间内不同成像区域影像的定位精度存在剧烈波动，偏差范围达到200多个像素，并呈现出系统性特征。采用模型系统修正对热形变安装角变化引起的几何定位系统偏移进行消除后，不论成像时间与成像角度的改变，影像的几何定位精度在沿轨和垂轨方向上均优于1个像素，所提方法对安装角误差进行了有效补偿，同时也表明静止轨道光学卫星影像的内部光线矢量得以高精度恢复，使其定位精度仅受外部误差的影响。通过本项目的研究，为未来更高分辨率的静止轨道光学卫星热形变的检测、分析、建模与补偿奠定坚实的理论基础，具有重要的理论和应用价值。