图像导航与配准是FY-4的关键技术之一,其涉及卫星总体、姿态控制、有效载荷、地面应用等多个系统,其性能高低直接决定卫星遥感图像质量。单纯依靠某一系统的关键技术攻关采取措施已无法满足研制要求,必须从全系统角度进行考虑,在整星条件下进行集成验证。利用三轴气浮台全物理仿真试验对设计方案进行迭代是目前解决该问题最有效的方法,气浮台是最能真实模拟卫星运动的地面设备。因此针对气浮台(模拟卫星)的姿态测量及相关技术的研究对卫星研发是十分有应用价值的。气浮台的高精度姿态确定方案以为三轴气浮转台实验提供高精度、高可靠性的测量系统为目的,提出一种基于激光指示线的视觉测量方法,以完成姿态的高精度测量。系统首先分析了目前工程实践中常用的姿态测量方法,通过不同方法对比以及项目的实际情况提出视觉测量方案。系统通过在气浮转台上装配激光指示器,其投影指示线与固定屏幕产生交点(光斑)构造特征点,使用高速相机采集不同时刻光斑位移,以此计算气浮台在任意时刻的三维姿态;推导气浮转台姿态与激光光斑的数学模型,并通过仿真验证其正确性。针对测量方案的数学模型,利用激光跟踪仪建立参考坐标系,系统参数以此坐标系为基准。确定初始状态下的平移矩阵即球心,对建立的基准屏幕、激光指示线进行高精度标定拟合,并且基于共面标识点提出全视场逐点标定相机的方法,建立标定表,并给出详细的标定方案。针对姿态测量方法以及空间布局,确定决定系统测量精度的因素是光斑的中心三维坐标定位精度。对影响光斑中心定位的因素进行详细分析,量化其中一部分误差。对光斑像素质心的误差来源详细分析,给出质心补偿模型。根据提出的基于视觉的测量方案进行完整的设备搭建与系统软件设计,采用蒙特卡洛仿真对测量系统的精度和不确定度进行估计。在实验现场对系统进行整体标定,并在三轴气浮转台上进行了测试,最后对最终实验结果进行分析。