文/肖倩 汪松 杨德运

目前与国外同等分辨率卫星比较起来，国产卫星影像的几何定位精度还存在较大的差距，而产品图像的几何定位精度对影像融合、自动变化分析等应用都会带来较大的影响。制约定位精度提升的一个重要原因是对于卫星系统设计及在轨运行中针对定位精度影响的关键技术因素影响机理掌握不够深入准确，因此亟需针对国产光学遥感卫星深入开展面向卫星一体化设计的成像几何定位精度的分析评价技术研究，为进一步突破基于平台载荷一体化及高精度姿轨确定参数的几何精度提升提供卫星设计技术建议。

1 国内外高分辨率卫星成像几何定位精度预估方法调研

目前国内外高分辨率卫星成像几何定位精度分析与评价方法主要分为两种，一是基于事前的卫星成像几何定位精度预估方法，二是在轨基于控制点的几何定位精度评价。基于事前的卫星成像几何定位精度预估方法，又分为基于误差源的理论公式计算和基于全链路仿真分析卫星成像几何定位精度的方法。

基于误差源的理论公式计算方法目前仅就主要误差源进行分析，各误差源之间按照线性关系处理。该方法缺乏系统全面的误差源分析，忽略了各误差源之间的耦合关系，并且未能反应各项误差源之间的物理关系。全链路仿真分析方法是一种目前国外辅助航天器分析设计的主流方法，国外已经存在DOCS(Dynamics-Optics-Controls-Structures)、IMOS(Integrated Modeling of Optical Systems) 和IME等系统，完成不确定性分析、性能分析、敏感度分析和参数优化分析等。与国外发达国家相比，国内的研究主要集中在分系统或单学科层面上，缺乏系统级的全面综合分析评估手段。

2 高分辨率卫星成像几何定位精度预估模型

本文在误差源误差建模基础上，以各误差源误差模型建立高分辨率卫星成像几何定位精度预估模型。利用卫星各项误差指标，经误差仿真分析计算实际测量辅助数据，依据全链路仿真分析思路，分别获取理想成像条件下的数据和实际观测数据，结合卫星实际在轨检校参数和几何定位精度预估模型，实现卫星立项过程中几何定位精度的准确预估。

3 基于模型的定位精度分析与评估

本文利用卫星设计参数指标作为输入，构建卫星成像模型和几何定位精度模型，并生成理想格网点数据和实际格网点数据，进行精度评价，得到设计条件下几何定位精度模型的评估值，若评估值与实际在轨精度在±10%以内，则说明本模型评价精度可靠。

实验采用WorldView2卫星高精度DOM数据作为定位精度分析验证数据。图像区域选择天津地区，地势平坦，晴朗无云，纹理丰富，适合进行精度评价。该图像幅宽超过17.5km，分辨率优于0.5m。原始数据包括RPC参数以及姿轨等辅助数据文件，为精度评价提供一定的数据源。经过详细调研，得到WorldView2可参考的卫星及载荷设计指标如表1所示。

表1：WorldView-2卫星基本参数

表2：WorldView-2几何定位精度分析

图1：检查点选取

WorldView-2卫星定位精度验证过程中涉及的关键误差源参数选取如下：内参数采用理想内参数计算，外方位参数采用单位安装矩阵，姿态测量精度采用0.0001度，高频颤振采用1Hz、0.5Hz、0.2Hz等，姿态稳定度采用0.0001°/s，轨道定轨精度按照10米计算，时间同步精度按照0.1ms计算。仿真评估采用特征检查点的方式，检查点示例如图1所示。

根据已有WorldView-2卫星载荷设计参数及其设计精度指标，进行如下几组实验，分别采用轨道测量精度单轴10m(1σ,三轴)，姿态测量精度单轴0.0001°(1σ,单轴)，时间测量精度0.1ms，暂不考虑检校残差对几何定位精度的影响，实验结果如表2所示。

WorldView-2卫星实际在轨统计平面无控定位精度为6.5m(CE90)。因此，定位模型评估误差|6.22-6.5|/6.5=4.31%≤10%。

4 结束语

本文在高分辨率卫星成像全链路误差源分析的基础上，建立了成像几何定位精度评估模型，研究了几何定位精度预估方法，并利用worldview2的数据进行了仿真试验，验证了该模型和方法的可行性，预估精度优于10%，是一种切实可行的卫星定位精度预估方法。