宗云花 于艷波 邸晶晶 任宇寧 劉曉鵬 王偉之

(北京空間機(jī)電研究所,中國(guó)空間技術(shù)研究院天基空間目標(biāo)監(jiān)視技術(shù)核心專業(yè)實(shí)驗(yàn)室,北京 100094)

星相機(jī)在軌通過(guò)拍攝星空?qǐng)D像、恒星識(shí)別、匹配和解算四元數(shù)確定自身方位,然后利用坐標(biāo)變換以優(yōu)于1″的測(cè)量精度輸出測(cè)繪相機(jī)的三軸姿態(tài)數(shù)據(jù)。地面處理時(shí)將這個(gè)姿態(tài)數(shù)據(jù)代入到成像幾何模型中,計(jì)算對(duì)地遙感圖像實(shí)際對(duì)應(yīng)的地理位置,從而實(shí)現(xiàn)高精度影像定位[1]。就測(cè)繪相機(jī)而言,影像定位誤差主要由星相機(jī)測(cè)量誤差、星相機(jī)與測(cè)繪相機(jī)安裝關(guān)系測(cè)定誤差、空間熱環(huán)境引起的星相機(jī)與測(cè)繪相機(jī)視軸指向變化誤差及時(shí)間不同步產(chǎn)生的姿態(tài)漂移誤差等構(gòu)成[2-3]。在測(cè)繪衛(wèi)星中,星相機(jī)與測(cè)繪相機(jī)一體化、等溫化安裝,在最大程度上避免了力、熱變化造成的星相機(jī)和測(cè)繪相機(jī)之間相對(duì)位置關(guān)系的改變,從而降低了星相機(jī)與測(cè)繪相機(jī)安裝關(guān)系測(cè)定誤差、空間熱環(huán)境引起的星相機(jī)與測(cè)繪相機(jī)視軸指向變化誤差。一般,國(guó)內(nèi)測(cè)繪相機(jī)影像行頻約為10 k Hz,時(shí)間同步精度約為5μs,在實(shí)際計(jì)算時(shí),需要準(zhǔn)確的每行影像對(duì)應(yīng)的姿態(tài)數(shù)據(jù),因此星相機(jī)的時(shí)間同步精度應(yīng)優(yōu)于測(cè)繪相機(jī)的時(shí)間同步精度,從而減小時(shí)間不同步產(chǎn)生的姿態(tài)漂移誤差。

為滿足立體測(cè)繪處理的精度要求,在測(cè)繪衛(wèi)星的設(shè)計(jì)中必須考慮提高姿態(tài)測(cè)量和時(shí)統(tǒng)的精度[4]。一般,衛(wèi)星只配置星敏感器,其主要作用是測(cè)量衛(wèi)星姿態(tài),時(shí)間同步精度約50μs[5],不能滿足高精度測(cè)繪定位精度所需要的優(yōu)于5μs的要求,因此需要研究應(yīng)用于星相機(jī)的高精度時(shí)間同步方法。但是,目前傳統(tǒng)星相機(jī)時(shí)間同步方法,由于只記時(shí)不對(duì)自身的時(shí)鐘進(jìn)行校正,存在較大的系統(tǒng)誤差,無(wú)法實(shí)現(xiàn)優(yōu)于5μs的要求。本文提出高精度校時(shí)計(jì)時(shí)方法,利用星相機(jī)調(diào)節(jié)自身設(shè)備時(shí)鐘使其與衛(wèi)星時(shí)標(biāo)嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn),并精確記錄對(duì)準(zhǔn)誤差,最終可實(shí)現(xiàn)與衛(wèi)星時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)(以下均稱為衛(wèi)星同步信號(hào))的時(shí)間同步精度優(yōu)于1μs,從而提高測(cè)繪定位精度。

1 高精度校時(shí)計(jì)時(shí)方法

星相機(jī)系統(tǒng)組成如圖1所示,一般包括控制同步器、星相機(jī)A和星相機(jī)B。星相機(jī)利用鏡頭將瞬時(shí)視場(chǎng)中的若干恒星成像于光電探測(cè)器上,通過(guò)圖像處理與已有星表對(duì)比,得出星相機(jī)在空間慣性坐標(biāo)系的瞬時(shí)姿態(tài),完成姿態(tài)測(cè)量,進(jìn)而通過(guò)坐標(biāo)變換得到同時(shí)刻測(cè)繪相機(jī)系統(tǒng)在空間慣性坐標(biāo)系的姿態(tài)測(cè)量[6],控制同步器完成2臺(tái)星相機(jī)加斷電控制、時(shí)間同步、恒星成像等?？刂仆狡魍ㄟ^(guò)硬件接口接收衛(wèi)星GPS接收機(jī)輸出的時(shí)間同步信號(hào)(秒脈沖信號(hào)),同時(shí)通過(guò)1553B總線從數(shù)管獲得同步信號(hào)對(duì)應(yīng)的整秒時(shí)刻信息,并分別向2臺(tái)星相機(jī)轉(zhuǎn)發(fā);2臺(tái)星相機(jī)根據(jù)GPS同步信號(hào)校準(zhǔn)自身的時(shí)間基準(zhǔn),以此時(shí)間基準(zhǔn)控制每幀圖像的曝光中心時(shí)刻,實(shí)現(xiàn)星相機(jī)與衛(wèi)星平臺(tái)的時(shí)間同步。

傳統(tǒng)的時(shí)間同步方法是:星相機(jī)根據(jù)收到的同步信號(hào)啟動(dòng)自身的本地計(jì)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù),將時(shí)間差記錄下來(lái)作為圖像輔助數(shù)據(jù)傳遞到地面[7]。這種方法只是記錄時(shí)間差,不對(duì)自身的時(shí)間基準(zhǔn)進(jìn)行校正,因此存在較大系統(tǒng)誤差,已不能滿足目前高精度影像定位使用要求。為了解決這個(gè)問(wèn)題,本文提出高精度校時(shí)計(jì)時(shí)方法,通過(guò)控制同步器和2臺(tái)星相機(jī)準(zhǔn)確校正各自時(shí)鐘并精確計(jì)時(shí),最終使星上時(shí)鐘、控制同步器設(shè)備時(shí)鐘及每臺(tái)星相機(jī)的設(shè)備時(shí)鐘時(shí)刻重合,以實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)間同步。其具體實(shí)現(xiàn)包括4個(gè)步驟。

圖1 系統(tǒng)組成Fig.1 System composition

(1)接收衛(wèi)星GPS同步信號(hào)和整秒時(shí)刻信息?？刂仆狡鹘邮招l(wèi)星GPS信號(hào),形式為RS422差分電壓信號(hào)[8],同時(shí)從1553B總線接收同步信號(hào)對(duì)應(yīng)的整秒時(shí)刻信息,兩者的時(shí)序關(guān)系如圖2所示。

圖2 秒脈沖信號(hào)接口時(shí)序Fig.2 Time sequence of second pulse signal interface

(2)控制同步器校正自身設(shè)備時(shí)標(biāo)(秒脈沖)并發(fā)送給星相機(jī)?？刂仆狡鞲鶕?jù)接收的GPS同步信號(hào)下降沿校正自身設(shè)備時(shí)標(biāo),使自身設(shè)備時(shí)標(biāo)與衛(wèi)星時(shí)間基準(zhǔn)嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn),對(duì)準(zhǔn)精度優(yōu)于500 ns,并將該時(shí)間基準(zhǔn)通過(guò)低壓差分信號(hào)(LVDS)接口發(fā)送給2臺(tái)星相機(jī),同時(shí)用本地時(shí)鐘精確記錄校正后的時(shí)標(biāo)和衛(wèi)星時(shí)間基準(zhǔn)之間的時(shí)間差。

(3)星相機(jī)接收控制同步器的同步信號(hào)并實(shí)現(xiàn)與其同步。每臺(tái)星相機(jī)根據(jù)接收到的時(shí)間基準(zhǔn)上升沿校正自身設(shè)備時(shí)標(biāo),使自身設(shè)備時(shí)標(biāo)與收到的時(shí)間基準(zhǔn)嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn),對(duì)準(zhǔn)精度優(yōu)于500 ns;同時(shí),利用本地時(shí)鐘精確記錄校正后的設(shè)備時(shí)標(biāo)和接收到的時(shí)間基準(zhǔn)之間的時(shí)間差,校正后的設(shè)備時(shí)標(biāo)作為每臺(tái)星相機(jī)曝光時(shí)刻的計(jì)時(shí)基準(zhǔn)。

(4)星相機(jī)在上述計(jì)時(shí)基準(zhǔn)控制曝光時(shí)間并將星圖及輔助數(shù)據(jù)下傳至地面。星相機(jī)最終將該計(jì)時(shí)基準(zhǔn)下的本地時(shí)鐘精確記錄的曝光時(shí)刻信息作為時(shí)標(biāo)信息連同四元數(shù)和圖像信息發(fā)送給數(shù)傳。

上述4個(gè)步驟中,第2步和第3步是影響最終時(shí)間同步精度的關(guān)鍵,也是該方法的核心所在,詳細(xì)敘述如下。

1.1 控制同步器校正自身設(shè)備時(shí)鐘并發(fā)送至星相機(jī)

GPS接收機(jī)正常鎖定,數(shù)管發(fā)送校時(shí)指令,控制同步器完成初始化后(接收數(shù)管ON指令后不晚于5 s)形成1 Hz頻率的本地設(shè)備時(shí)鐘,在1 s內(nèi)等待衛(wèi)星同步信號(hào)下降沿,如果1 s內(nèi)接收到衛(wèi)星同步信號(hào)下降沿,則控制同步器按照時(shí)標(biāo)的下一個(gè)下降沿使控制同步器本地設(shè)備時(shí)鐘和衛(wèi)星同步信號(hào)重合,在下一次成功接收到衛(wèi)星同步信號(hào)時(shí),衛(wèi)星和控制同步器的時(shí)鐘重合,作為本地計(jì)時(shí)器的整秒時(shí)刻標(biāo)志,同時(shí)控制同步器從1553B總線接收該整秒信號(hào)的時(shí)間碼被記錄下來(lái)。因?yàn)樾l(wèi)星和控制同步器的時(shí)鐘不可能做到完全重合,因此控制同步器軟件使用另一個(gè)100 MHz高頻率時(shí)鐘實(shí)時(shí)記錄校正后本地設(shè)備時(shí)鐘和衛(wèi)星同步信號(hào)之間的延時(shí)Δt3(如圖3所示),將其編入輔助數(shù)據(jù),從數(shù)傳接口輸出。控制同步器本地時(shí)鐘與衛(wèi)星時(shí)鐘的同步結(jié)束后,控制同步器會(huì)一直監(jiān)測(cè)衛(wèi)星同步信號(hào)周期并自動(dòng)按照每次測(cè)試的結(jié)果校正本地設(shè)備時(shí)鐘。

從總線遙控指令“星相機(jī)工作模式”執(zhí)行時(shí)刻開始,控制同步器為2臺(tái)星相機(jī)形成時(shí)標(biāo)。為了讓星相機(jī)更準(zhǔn)確的識(shí)別時(shí)標(biāo),控制同步器向星相機(jī)發(fā)送同步序列0XBB(頻率100 MHz),時(shí)標(biāo)由4個(gè)前后相繼的字節(jié)0X00進(jìn)行標(biāo)記,如圖3所示。

圖3 校時(shí)計(jì)時(shí)時(shí)序Fig.3 Timing sequence of time correction and calculation

1.2 星相機(jī)與控制同步器時(shí)鐘同步設(shè)計(jì)

星相機(jī)初始化后按照內(nèi)部時(shí)鐘工作,形成頻率為1 Hz的設(shè)備時(shí)標(biāo)。在接收到控制同步器發(fā)送的“開始信息交換”指令后,星相機(jī)執(zhí)行與控制同步器的時(shí)間同步。星相機(jī)接收到0XBB,0X00,0X00和0X00,0X00,0XBB這2個(gè)同步序列,按照第2個(gè)同步序列的最后一個(gè)字節(jié)的接收時(shí)刻進(jìn)行時(shí)間同步,在下一次接收到控制同步器時(shí)標(biāo)后,星相機(jī)和控制同步器的時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)重合。由于不可能完全重合,因此星相機(jī)軟件使用另一個(gè)100 MHz高頻率時(shí)鐘實(shí)時(shí)記錄校正后的設(shè)備時(shí)標(biāo)信號(hào)和接收到的同步信號(hào)之間的延時(shí)Δt′3(如圖3所示),將其編入輔助數(shù)據(jù),從數(shù)傳接口輸出。星相機(jī)與控制同步器的時(shí)間同步結(jié)束后,會(huì)一直監(jiān)測(cè)控制同步器同步接口時(shí)標(biāo)周期,并自動(dòng)按照每次測(cè)試的結(jié)果校正設(shè)備時(shí)鐘,具體如下。①星相機(jī)初始化完成后即生成自身的設(shè)備時(shí)鐘。此時(shí),星相機(jī)準(zhǔn)備接收控制同步器發(fā)出的時(shí)標(biāo)信號(hào),默認(rèn)接收主通道時(shí)標(biāo)(為提高可靠性,同步接口設(shè)置為主備通道)。②之后的每秒,星相機(jī)均按照?qǐng)D4所示的流程完成時(shí)間同步。其中,對(duì)外部同步信號(hào)檢測(cè)、通道選擇及設(shè)備同步時(shí)鐘校正是3個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1)外部同步信號(hào)檢測(cè)

同步成功后,星相機(jī)預(yù)計(jì)下一秒時(shí)標(biāo)到來(lái)的時(shí)刻,在該時(shí)刻前較短的時(shí)間內(nèi)才開啟外部時(shí)標(biāo)檢測(cè),在該時(shí)刻后較短的時(shí)間內(nèi)再關(guān)閉外部時(shí)標(biāo)檢測(cè)。由于開啟檢測(cè)的時(shí)間較短,因此期間出現(xiàn)假時(shí)標(biāo)信號(hào)的概率降低,從而減少時(shí)標(biāo)信號(hào)干擾的影響,提高容錯(cuò)率。

圖4 時(shí)間同步方法流程Fig.4 Time synchronization method flow

2)通道選擇

星相機(jī)校時(shí)設(shè)置主備通道外部時(shí)標(biāo)檢測(cè)切換功能。如果星相機(jī)當(dāng)前使用主通道作為外部時(shí)標(biāo)源,在上文提到的設(shè)定開啟外部時(shí)標(biāo)檢測(cè)時(shí)間內(nèi),主通道未接收到信號(hào),而備份通道有時(shí)標(biāo)信號(hào)輸入,則下一秒星相機(jī)直接切換到備份通道作為時(shí)標(biāo)源。通過(guò)快速切換通道,可以提高星相機(jī)與星上時(shí)標(biāo)對(duì)準(zhǔn)的穩(wěn)定性。即使主備通道時(shí)標(biāo)源均出現(xiàn)異常,星相機(jī)也可按照之前同步的自身設(shè)備時(shí)鐘工作。因此,在失去星上時(shí)標(biāo)某一主備通道或其都丟失的情況下,仍可較大程度地保持時(shí)鐘的準(zhǔn)確性。

3)同步時(shí)鐘校正

經(jīng)過(guò)內(nèi)外部同步信號(hào)異步值計(jì)算,得到當(dāng)前秒的設(shè)備時(shí)鐘與外部時(shí)標(biāo)間的同步差值和符號(hào),接下來(lái)要進(jìn)行同步時(shí)鐘校正。直接在下一秒將同步差一次性補(bǔ)償,即單間隔補(bǔ)償方式(見圖5(a)),可以達(dá)到同步效果,但是設(shè)備時(shí)鐘跨度較大,由于設(shè)備時(shí)鐘是設(shè)備工作的時(shí)鐘基準(zhǔn),這種方式容易造成時(shí)序異常,引發(fā)后續(xù)模塊的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)。為此,本文采用多間隔補(bǔ)償方式(見圖5(b)),將設(shè)備時(shí)鐘均分為幾步挪動(dòng),使時(shí)標(biāo)過(guò)渡更平穩(wěn),對(duì)后續(xù)時(shí)序的影響更小。具體實(shí)現(xiàn)方法是借助時(shí)間存儲(chǔ)表得到時(shí)間校正步數(shù)N和校正步距(校正步距等于同步差的絕對(duì)值除以N的整數(shù)值),以及被除后的余數(shù)。在計(jì)算出同步差后,下一秒分N步移動(dòng)內(nèi)部時(shí)鐘,每步移動(dòng)的校正步距余數(shù)放在該秒的末端。如果非同步值小于20 ns,則不需要調(diào)整。

圖5 同步補(bǔ)償方式Fig.5 Synchronous compensation mode

2 校時(shí)計(jì)時(shí)方法驗(yàn)證

星相機(jī)時(shí)間信息和星上時(shí)間之間的誤差包括系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。

2.1 系統(tǒng)誤差

如前所述,星相機(jī)采用同步信號(hào)校時(shí)計(jì)時(shí)方法實(shí)現(xiàn)與星上時(shí)間同步,按照同步信號(hào)的傳遞路徑,將延時(shí)(即誤差)分解為:①在控制同步器中的延時(shí),②從控制同步器輸出到星相機(jī)接收的延時(shí),③在星相機(jī)中的延時(shí),具體如圖6所示。

圖6 星相機(jī)時(shí)間同步誤差傳遞路徑Fig.6 Time synchronization error transfer path of star camera

(1)衛(wèi)星秒脈沖同步信號(hào)輸入控制同步器后,軟件對(duì)其進(jìn)行判讀,識(shí)別出標(biāo)志整秒時(shí)刻的信號(hào)脈沖下降沿。軟件將本地用于計(jì)時(shí)的計(jì)數(shù)器時(shí)鐘(頻率1 Hz)的某一個(gè)時(shí)鐘沿與衛(wèi)星同步信號(hào)下降沿對(duì)應(yīng)起來(lái),作為本地計(jì)時(shí)器的整秒時(shí)刻標(biāo)志。同時(shí),軟件使用另一頻率高于計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率的時(shí)鐘信號(hào)(100 MHz),實(shí)時(shí)檢測(cè)衛(wèi)星同步信號(hào)和本地計(jì)時(shí)器對(duì)整秒時(shí)刻標(biāo)志的延時(shí),將其編入輔助數(shù)據(jù),從數(shù)傳接口輸出。實(shí)測(cè)該環(huán)節(jié)的延時(shí)在10－7s量級(jí)上。該環(huán)節(jié)延時(shí)t1(單位:ns)為

式中:a為控制同步器輔助信息數(shù)據(jù)中信息段ext-Clock Lates的最大值;20 ns為控制同步器輸出端時(shí)標(biāo)的硬件處理時(shí)間。

(2)控制同步器向星相機(jī)輸出的同步信號(hào)為調(diào)制后的連續(xù)脈沖信號(hào),每經(jīng)過(guò)連續(xù)低電平之后的第1個(gè)上升沿標(biāo)志整秒時(shí)刻,如圖7所示。t2即為這一環(huán)節(jié)的延時(shí),設(shè)計(jì)值為320 ns,用示波器一次性測(cè)得。

圖7 控制同步器輸出的同步信號(hào)Fig.7 Synchronization signal from control synchronizer

(3)控制同步器的同步信號(hào)輸入星相機(jī)后,軟件對(duì)其進(jìn)行判讀,識(shí)別出標(biāo)志整秒時(shí)刻的信號(hào)脈沖上升沿。軟件將本地用于計(jì)時(shí)的計(jì)數(shù)器時(shí)鐘(頻率1 Hz)的某一個(gè)時(shí)鐘沿與同步信號(hào)上升沿對(duì)應(yīng)起來(lái),作為本地計(jì)時(shí)器的整秒時(shí)刻標(biāo)志。同時(shí),軟件使用另一頻率高于計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率的時(shí)鐘信號(hào)(100 MHz),實(shí)時(shí)檢測(cè)同步信號(hào)和本地計(jì)時(shí)器對(duì)整秒時(shí)刻標(biāo)志的延時(shí),將其編入輔助數(shù)據(jù),從數(shù)傳接口輸出。實(shí)測(cè)該環(huán)節(jié)的延時(shí)在10－7s量級(jí)上。該環(huán)節(jié)延時(shí)t3(單位:ns)為

式中:b為星相機(jī)輔助信息數(shù)據(jù)中信息段Async1最大值;40 ns為星相機(jī)時(shí)標(biāo)的硬件處理時(shí)間。

最終,系統(tǒng)誤差t(單位:ns)為

2.2 隨機(jī)誤差

控制同步器和星相機(jī)均裝有用于本地計(jì)時(shí)的計(jì)數(shù)器時(shí)鐘,頻率均為1 Hz?？刂仆狡鞅镜赜?jì)時(shí)的計(jì)數(shù)器時(shí)鐘每秒都會(huì)與衛(wèi)星同步信號(hào)進(jìn)行同步操作,星相機(jī)的本地計(jì)時(shí)的計(jì)數(shù)器時(shí)鐘每秒也會(huì)與來(lái)自控制同步器的同步信號(hào)進(jìn)行同步操作。

由分析可知,控制同步器相對(duì)于衛(wèi)星同步信號(hào)延時(shí)t1和星相機(jī)相對(duì)于控制同步器同步信號(hào)的延時(shí)t3均用本地100 MHz的時(shí)鐘計(jì)數(shù)來(lái)檢測(cè),計(jì)算時(shí)以10 ns為周期時(shí)間,隨機(jī)誤差就是其實(shí)際周期和10 ns的精確誤差,誤差相關(guān)因素是由本地時(shí)鐘產(chǎn)生的(例如晶振隨機(jī)頻率抖動(dòng)),具體分析如下。

(1)100 MHz時(shí)鐘的抖動(dòng):根據(jù)器件手冊(cè),此晶振時(shí)鐘抖動(dòng)為5 ps,在10－12s量級(jí)上,數(shù)值本身很小。

(2)extClock Lates鎖存的是控制同步器和衛(wèi)星同步信號(hào)之間的計(jì)數(shù)器差值,Async1鎖存的是星相機(jī)和控制同步器同步信號(hào)之間的計(jì)數(shù)器差值。①產(chǎn)生的參考來(lái)源相同,控制同步器同步信號(hào)計(jì)數(shù)器數(shù)值和接收的衛(wèi)星同步信號(hào)計(jì)數(shù)器數(shù)值的參考依據(jù),都是本地100 MHz的時(shí)鐘計(jì)數(shù)器數(shù)值,控制同步器輔助數(shù)據(jù)中鎖存的extClock Lates是兩者的差值;星相機(jī)同步信號(hào)計(jì)數(shù)器數(shù)值和控制同步器計(jì)數(shù)器數(shù)值的參考時(shí)鐘,也都是本地100 MHz的時(shí)鐘計(jì)數(shù)器數(shù)值,星相機(jī)輔助數(shù)據(jù)中鎖存的Async1是兩者的差值。②extClock Lates和Async1均為兩者相減,消除了本地時(shí)鐘的頻率漂移影響。

綜上所述,隨機(jī)誤差遠(yuǎn)小于10－12s,可以忽略不計(jì)。

2.3 同步誤差測(cè)量結(jié)果

對(duì)2臺(tái)星相機(jī)的時(shí)間同步精度各進(jìn)行8次測(cè)試,過(guò)程如下。①?gòu)目偩€遙控指令“星相機(jī)工作模式”開始記時(shí)10 min,之后讀取輔助數(shù)據(jù)extClock-Lates和Async1,取其中的最大值。②根據(jù)式(1)和式(2)計(jì)算t1,t3,然后根據(jù)式(3)計(jì)算得到總誤差t,其中t2為固定值320 ns(實(shí)際值也通過(guò)示波器進(jìn)行了測(cè)試)。星相機(jī)A和B的具體結(jié)果見表1和表2。由測(cè)試結(jié)果可知,同步誤差最大值為880 ns,滿足優(yōu)于5μs的指標(biāo)要求。

表1 星相機(jī)A同步誤差測(cè)試結(jié)果Table 1 Test results of synchronization error of star camera A ns

表2 星相機(jī)B同步誤差測(cè)試結(jié)果Table 2 Test results of synchronization error of star camera B ns

衛(wèi)星同步信號(hào)和控制同步器同步信號(hào)示波見圖8。其中,147.2 ns為前文所述的星相機(jī)A的t1(即t1,A),與表1的數(shù)據(jù)吻合,隨后的連續(xù)低電平即為前文所述的t2(即t2,A),從而證實(shí)了輔助數(shù)據(jù)時(shí)間信息的正確性。

圖8 衛(wèi)星同步信號(hào)和控制同步器同步信號(hào)示波Fig.8 Oscillogram of satellite synchronization signal and control synchronizer synchronization signal

2.4 同步誤差對(duì)圖像定位精度的影響

將星相機(jī)同步誤差880 ns和改進(jìn)之前的同步誤差50μs分別作為輸入條件,利用相機(jī)參數(shù)、軌道數(shù)據(jù)、姿態(tài)數(shù)據(jù)、星相機(jī)數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)及其他輔助數(shù)據(jù),根據(jù)前方交會(huì)原理[9]建立成像幾何模型,計(jì)算圖像幾何位置,利用控制點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)圖像幾何定位精度進(jìn)行評(píng)價(jià),驗(yàn)證星相機(jī)同步誤差減小對(duì)圖像定位精度的提升作用。結(jié)果表明:圖像定位平面精度提高約10%,高程精度提高約15%,對(duì)于越來(lái)越高的測(cè)繪定位精度具有顯著的應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)星相機(jī)時(shí)間同步方法,由于只記時(shí)不對(duì)自身的時(shí)鐘進(jìn)行校正,存在較大的系統(tǒng)誤差,不能滿足高圖像定位精度使用要求。為此,本文提出了一種高精度校時(shí)計(jì)時(shí)方法,通過(guò)控制同步器和2臺(tái)星相機(jī)準(zhǔn)確校正各自時(shí)鐘并精確計(jì)時(shí),最終使星上時(shí)鐘、控制同步器設(shè)備時(shí)鐘及每臺(tái)星相機(jī)的設(shè)備時(shí)鐘重合,實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)標(biāo)同步。對(duì)測(cè)試誤差進(jìn)行分析和驗(yàn)證,最終實(shí)現(xiàn)與衛(wèi)星同步信號(hào)的時(shí)間同步精度優(yōu)于1μs,從而可提高測(cè)繪定位精度。后續(xù)將對(duì)該設(shè)計(jì)方法進(jìn)行性能優(yōu)化,以進(jìn)一步提高計(jì)時(shí)精度。