利用多波束激光进行航天地形测绘是当前的研究热点之一,激光指向确定是其中的核心环节,一般采用激光参考相机(LRC)记录,LRC的视轴监视功能和性能是确保激光指向确定精度的关键。首先,提出一种基于高稳定中央棱镜的LRC视轴监视测量方法,并给出了计算算法。其次,搭建实验验证系统,利用Hexpod转台和光电自准直仪对算法正确性进行了校验,结果表明,所提算法得到的测量结果与光电自准直仪结果一致,误差小于0.2″。进一步地,测量得到LRC视轴绕X轴和Y轴的热漂移分别达到0.3″和1.4″。最后,评估了不同环境下的视轴监视精度,结果表明,在真空环境下,视轴监视精度达到0.02″(1倍标准偏差),满足LRC视轴在轨监视的实际应用要求;相比于真空条件,大气隔振条件下的误差扩大了2~4倍,大气非隔振条件下的误差扩大了10~15倍。

针对星相机在轨因卫星运动和曝光时间设定的动态条件引起的星点模糊导致星点提取精度下降的问题, 提出一种动态星点坐标确定误差补偿方法, 利用在星相机光学系统入瞳前加入阶梯玻璃的手段实现了提高星相机摄星指向精度的目的。地面标定和在轨测试表明, 星相机指向精度优于1″, 验证了该方法的有效性, 具有一定的应用价值。

针对高精度立体测绘任务对星相机的使用要求, 提出了一种基于光斑高斯拟合的星相机焦面定焦方法。首先, 搭建了基于星点靶标和平行光管的定焦系统, 通过移动靶标在中心和边缘视场获取多幅不同程度的离焦图像; 其次, 采用基于平方加权的质心定位算法计算各视场靶标点像的精确位置用于像面拟合; 然后, 采用Gibbs采样/马尔可夫蒙特卡洛法对每个光斑进行高斯曲面拟合, 获取星点的高斯半径, 通过对各视场的最佳焦面位置进行最小二乘拟合, 得到最佳像面。对上述定焦方法进行了试验验证, 结果表明星相机在各视场的能量集中度测量值与设计值符合, 星相机在轨拍摄的星点图像满足要求。