一种目标高精度星上实时定位解算系统

摘要

本发明公开了一种目标高精度星上实时定位解算系统，包括：星上定位解算处理器和地面数据注入与分析平台；地面数据注入与分析平台控制星上定位解算处理器启动；星上定位解算处理器接收载荷提供的相关数据，并将相关数据发送到地面数据注入与分析平台；地面数据注入与分析平台将接收到的相关数据修正后，上传到星上定位解算处理器；星上定位解算处理器将接收的相关数据和修正后的相关数据，进行处理，得到目标定位数据；并将目标定位数据发送到地面数据注入与分析平台进行显示。本发明实现了星地协同处理的定位解算功能，同时为之后系统的提升，提供了相关数据，为未来星上只能识别技术的发展提供了支撑。

说明书

技术领域

本发明属于光学遥感技术领域，涉及一种目标高精度星上实时定位解算系统。

背景技术

对地观测技术已进入一个全面发展和广泛应用的崭新阶段，高分辨率、宽覆盖将是遥感对地观测卫星的发展趋势。星上实时高精度定位解算技术可实时提供探测目标的物方位置信息，实现对特定目标的定位及运动目标的运动轨迹的分析。如在军事上可用于对典型目标如船舰、飞机目标等高精度定位，在民用上可以实现对渔船等目标的实时跟踪。然而，星上在轨目标定位精度要求大幅提高，定位解算精度已由原来的km级提高到100m级，精度要求提高10倍。因星上定位计算及存储资源有限和定位高精度的要求导致传统的几何定位模型及定位方法在星上并不适用，对于卫星设计的迫切需求，需要实现星地协同处理的定位解算功能并最终应用于工程实现。该目标高精度星上实时定位解算系统用于支撑未来星上智能目标识别技术的发展。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种至少部分解决上述技术问题的一种目标高精度星上实时定位解算系统。

本发明实施例提供一种目标高精度星上实时定位解算系统，包括：星上定位解算处理器和地面数据注入与分析平台；

所述地面数据注入与分析平台控制所述星上定位解算处理器启动；所述星上定位解算处理器接收载荷提供的相关数据，并将所述相关数据发送到所述地面数据注入与分析平台；

所述地面数据注入与分析平台将接收到的所述相关数据修正后，上传到所述星上定位解算处理器；

所述星上定位解算处理器将接收的所述相关数据和修正后的所述相关数据，进行处理，得到目标定位数据；并将所述目标定位数据发送到所述地面数据注入与分析平台进行显示。

进一步的，所述相关数据为辅助数据和影像数据；所述相关数据包括：相机内方位元素、星历参数、成像时间、目标像素点坐标和高程库。

进一步的，所述地面数据注入与分析平台将接收到的所述相关数据修正后，上传到所述星上定位解算处理器，包括：

所述地面数据注入与分析平台将接收到的所述相关数据修正，将修正后的内、外定标参数和EOP文件参数上传到所述星上定位解算处理器。

进一步的，所述星上定位解算处理器将接收的所述相关数据和修正后的所述数据处理后，得到目标定位，包括：

所述星上定位解算处理器将接收的所述相机内方位元素、星历参数、成像时间和目标像素点坐标输入星上几何成像模型；并使用所述修正后的内、外定标参数和EOP文件参数优化所述星上几何成像模型；优化后的所述星上几何成像模型结合所述高程库得到所述目标定位。

进一步的，所述星上定位解算处理器，包括：FPGA、DSP、DDR、TLK2711接收接口和TLK2711发送接口；所述FPGA分别与所述DSP、DDR、TLK2711接收接口和TLK2711发送接口连接；所述DSP分别与FLASH和所述DDR连接，用于存储。

进一步的，所述FPGA为Xilinx公司K7系列FPGA XC7K410T，用于实现对光学载荷辅助数据的采集、去重和组帧。

进一步的，所述DSP为单核主频达1.25G和浮点计算能力达20GFLOP的TMS320C6678YPA25，用于实现定位解算。

进一步的，所述地面数据注入与分析平台，包括：模拟测试模块和定位精度分析模块；

所述模拟测试模块用于将接收到的所述相关数据，按照所述星上定位解算处理器拟定的算法进行地面模拟测试；

所述定位精度分析模块用于分析所述目标和所述模拟测试模块的定位精确度。

有益效果：本发明是一种目标高精度星上实时定位解算系统，与现有技术相比较，具有显著的优点与积极效果：实现了星地协同处理的定位解算功能，同时为之后系统的提升，提供了相关数据，为未来星上只能识别技术的发展提供了支撑。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种目标高精度星上实时定位解算系统示意图；

图2为本发明实施例提供的一种星上定位解算处理器结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种星上定位解算算法示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“内接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在一实施例中，一种目标高精度星上实时定位解算系统，如图1所示，包括：星上定位解算处理器和地面数据注入与分析平台。

地面数据注入与分析平台控制星上定位解算处理器启动；星上定位解算处理器接收载荷提供的相关数据，并将相关数据发送到地面数据注入与平台；

地面数据注入与分析平台将接收到的相关数据修正后，上传到星上定位解算处理器；

星上定位解算处理器将接收的相关数据和修正后的相关数据，进行处理，得到目标定位数据；并将目标定位数据发送到地面数据注入与分析平台进行显示。

下面将对本发明中对数据的处理做进一步说明。

上述相关数据为辅助数据和影像数据；相关数据包括：相机内方位元素、星历参数、成像时间、目标像素点坐标和高程库。

地面数据注入与分析平台将接收到的相关数据修正后，上传到星上定位解算处理器，包括：地面数据注入与分析平台将接收到的相关数据修正，将修正后的内、外定标参数和EOP文件参数上传到星上定位解算处理器。

星上定位解算处理器将接收的相关数据和修正后的数据处理后，得到目标定位，包括：星上定位解算处理器将接收的相机内方位元素、星历参数、成像时间和目标像素点坐标输入星上几何成像模型；并使用修正后的内、外定标参数和EOP文件参数优化星上几何成像模型；优化后的星上几何成像模型结合高程库得到目标定位。

星上定位解算处理器，包括：FPGA、DSP、DDR、TLK2711接收接口和TLK2711发送接口；FPGA分别与DSP、DDR、TLK2711接收接口和TLK2711发送接口连接；DSP分别与FLASH和DDR连接，用于存储。

上述FPGA为Xilinx公司K7系列FPGA XC7K410T，用于实现对光学载荷辅助数据的采集、去重和组帧；并将组帧后的数据传送给DSP。FPGA通过DSP的EMIF接口将组帧后的数据传送给DSP。FPGA用于实现数据的采集、去重、组帧和输出。

DSP为单核主频达1.25G和浮点计算能力达20GFLOP的TMS320C6678YPA25，用于实现定位解算。DSP是TI公司8核浮点TMS320C6678YPA25，是目前基于KeyStone架构的最高性能器件。

在一实施例中，如图2所示，定位解算处理器，主要由高性能FPGA、DSP以及DDR、TLK2711高速串口等部件构成，主要功能是实现高精度定位解算处理，承担了卫星辅助数据的接收、缓存、分发、定位解算任务。其中，数据的采集、去重、组帧输出在FPGA内实现，DSP芯片用于完成定位解算，DDR辅助FPGA或DSP完成对辅助数据的缓存和组帧。FPGA使用Xilinx公司的K7系列FPGA XC7K410T，DSP使用TI公司的八核浮点TMS320C6678YPA25；DSP是8核浮点TMS320C6678YPA25，是目前基于KeyStone架构的最高性能器件，单核主频最高可达1.25G，浮点计算能力最高可达20GFLOP。

在实现目标高精度实时定位过程中，由FPGA XC7K410T实现对光学载荷辅助数据的采集、去重和组帧，然后将处理后的数据传送给DSP即八核浮点TMS320C6678YPA25进行定位解算，DSP进行解算之后将得到的结果再回传给FPGA输出。同时，FPGA还接收来自地面数据注入与分析平台的修正参数输入，以对算法的修正参数进行调整。

另外，上述地面数据注入与分析平台，包括：模拟测试模块和定位精度分析模块。

模拟测试模块用于将接收到的相关数据，按照星上定位解算处理器拟定的算法进行地面模拟测试。用于预期星上定位的最终结果。

定位精度分析模块用于分析目标和模拟测试模块的定位精确度。用于对比实际结果与预期定位结果和星上定位结果的误差。以便于更好的调整相关算法或器件。

在一实施例中，一种目标高精度星上实时定位解算系统工作流程如下：

载荷数据源由高速串口发送至FPGA中，FPGA通过EMIF接口将辅助数据传递给DSP，DSP在对数据进行分析计算之后，得到具体的定位信息，再将数据重新传回到FPGA中，此时，FPGA会将接收到的位置信息传回到地面数据注入与分析平台。

在一实施例中，一种目标高精度星上实时定位解算系统工作逻辑如下：

如图3所示，为提高处理星上处理实时性，目标高精度星上实时定位解算系统的定位解算是在严格物理成像模型基础上对算法优化后作为星上几何成像模型，然后向星上几何模型分别代入相机内方位元素、星历参数、成像时间、目标像素点坐标，并结合高程库等参数进行星上几何定位运算，最后得到星上高精度几何定位结果。

进一步，对于星上几何成像模型，在进行几何定位时，先获取卫星平台的相关参数，包括相机内方位元素、星历参数、成像时间、目标像素点坐标、高程库等，为进一步提高目标定位精度，地面数据注入与分析平台通过星地协同处理方式将修正的内、外定标参数、EOP文件等参数上传至定位解算处理器，从而得到目标的高精度的位置信息。

本发明是一种目标高精度星上实时定位解算系统，与现有技术相比较，具有显著地优点与积极效果：实现了星地协同处理的定位解算功能，同时为之后系统的提升，提供了相关数据，为未来星上只能识别技术的发展提供了支撑。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。