一种敏捷卫星成像过程姿态机动规划方法技术

一种敏捷卫星成像过程姿态机动规划方法，首先根据指定的地面成像条带的起始与结束地理位置以及两个端点对应的成像时间，计算每个时间点对应的成像点位置；然后根据卫星的轨道参数以及对应时刻的成像点位置，计算卫星与成像点在地心赤道惯性坐标系中的相对位置矢量；再根据地心赤道惯性坐标系到卫星轨道坐标系的一系列转换矩阵，计算相对位置矢量在卫星本体坐标系中的分量；随后根据相对位置矢量在卫星轨道坐标系中的分量，计算卫星成像时的滚转角和俯仰角以及滚转角速度和俯仰角速度；最后根据得到的滚转角、滚转角速度、俯仰角和俯仰角速度，轨道参数以及对应的成像点位置计算卫星的偏航角与偏航角速度，得到卫星在成像过程中规划的姿态信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种适用于具有敏捷姿态机动能力的低轨道遥感卫星对地成像过程 中姿态机动规划算法，特别涉及。
技术介绍
随着遥感卫星的不断发展，遥感卫星不断丰富其自身功能并不断提高自身性能， 其中敏捷机动成像能力是目前比较关注的技术。敏捷机动成像能力主要是指卫星平台具 备大范围快速姿态机动能力，能够在最大姿态角和姿态机动速度的限制范围内实施灵活的 对地观测，从而实现对观测目标的快速响应和多种模式的成像能力。具备敏捷机动能力的 遥感卫星的成像模式除了传统卫星被动推扫成像模式外，增加了一般轨迹主动推扫成像能 力。 与传统卫星相比，敏捷遥感卫星不再是卫星姿态摆到哪里就对哪里成像，而是具 有根据任意位置的成像条带，卫星进行姿态机动，且能够边姿态机动边进行成像。随之而来 的问题是，面对各种复杂的成像情况，如果依然采用成像任务前地面上注指令与相关信息 的方法，增加了地面系统的工作量，且姿态机动成像所需上注的指令内容复杂、数据量大。 面对这个问题，需要星上增加自主计算能力，实现根据成像任务的起始结束时间、起始结束 位置，自行计算成像过程中卫星的姿态信息，以保证卫星相机指向正确的成像点。因此需要 建立一套面向星上应用的敏捷遥感卫星成像过程中姿态机动规划的算法，实现星上自主计 算姿态机动规划结果。 为了实现敏捷卫星的姿态机动规划，需要精确计算卫星的滚转角度和俯仰角度， 及其这两个角度的角速度。同时为了保证卫星的成像质量，还需要精确计算卫星考虑偏流 修正后的偏航角角度和角速度，滚转角度、俯仰角度和偏航角度，滚转角速度、俯仰角速度 和偏航角速度分别构成了姿态信息中的姿态角度信息和姿态角速度信息。 从以上分析可知，有必要提供一种面向敏捷遥感卫星成像过程姿态机动规划算 法，在满足星上使用约束的前提下，保证计算的卫星姿态准确性与精度。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种敏捷卫星成像过程姿 态机动规划方法，该方法针对实现星上应用，利用空间解析几何与坐标系转换，以及适当简 化的地球自转模型，采用实时计算卫星成像过程中姿态信息的方法，在满足容量大小与计 算速度等卫星实际工程约束的前提下，最大限度地保证卫星姿态的计算准确性与精度。 本专利技术的技术方案：，步骤如下： (1)根据指定的地面成像条带的起始点地理位置与结束点地理位置，以及成像的 起始时间与结束时间，按照星上计算步长计算获得每个时间点对应的成像点位置；所述的 地理位置包括地理经度、地理炜度和海拔高度；所述的成像点位置表示为成像点在地固坐 标系下的三个位置分量； (2)获取每个时间点对应的卫星轨道参数，根据步骤（1)获得的每个时间点对应 时刻的成像点位置，计算获得卫星与成像点在地心赤道惯性坐标系中的相对位置矢量； (21)根据卫星的轨道六根数，计算卫星在地心赤道惯性坐标系中的位置； (22)计算成像点在地心赤道惯性坐标系中的位置； (23)根据卫星和成像点在地心赤道惯性坐标系中的位置，采用矢量计算方法计算 得到地心赤道惯性系中卫星与成像点的相对位置矢量； (3)计算步骤（2)获得的相对位置矢量在卫星本体坐标系中的分量； (4)根据相对位置矢量在卫星轨道坐标系中的分量，计算卫星成像时的滚转角、俯 仰角、滚转角的欧拉角速度、俯仰角的欧拉角速度；其中计算滚转角的欧拉角速度、俯仰角 的欧拉角速度时，使用二次多项式插值的数值方法得到； (5)根据得到的滚转角、滚转角的欧拉角速度、俯仰角、俯仰角的欧拉角速度、每 个时间点对应的卫星轨道参数以及每个时间点对应的成像点位置，计算卫星的偏航角与偏 航角的欧拉角速度；其中计算偏航角的欧拉角速度时，使用二次多项式插值的数值方法得 到； (6)根据得到的滚转角的欧拉角速度、俯仰角的欧拉角速度和偏航角欧拉角速度， 计算得到滚转角的角速度、俯仰角的角速度和偏航角的角速度； (7)根据得到的卫星成像时的滚转角、俯仰角、偏航角、滚转角的角速度、俯仰角的 角速度、偏航角的角速度，利用星上姿态控制设备对卫星实施姿态规划。 步骤（1)中获得每个时间点对应的成像点位置的具体方法为：设地面成像条带的 起始点为A，其地理经炜度为LonA，d和Lat A，d，对应的起始时间为tA;设地面成像条带的结束 点为B，其地理经炜度为Lon B，d和LatB，d，对应的结束时间为tB;星上计算时间的步长为A t ; 地面各个成像点位置的具体计算步骤如下： (11)计算A点和B点分别在地固坐标系ECF中的位置坐标.【主权项】1. ，其特征在于步骤如下： (1) 根据指定的地面成像条带的起始点地理位置与结束点地理位置，W及成像的起始 时间与结束时间，按照星上计算步长计算获得每个时间点对应的成像点位置；所述的地理 位置包括地理经度、地理绅度和海拔高度；所述的成像点位置表示为成像点在地固坐标系 下的=个位置分量； (2) 获取每个时间点对应的卫星轨道参数，根据步骤（1)获得的每个时间点对应时刻 的成像点位置，计算获得卫星与成像点在地屯、赤道惯性坐标系中的相对位置矢量； (21) 根据卫星的轨道六根数，计算卫星在地屯、赤道惯性坐标系中的位置； (22) 计算成像点在地屯、赤道惯性坐标系中的位置； (23) 根据卫星和成像点在地屯、赤道惯性坐标系中的位置，采用矢量计算方法计算得到 地屯、赤道惯性系中卫星与成像点的相对位置矢量； (3) 计算步骤（2)获得的相对位置矢量在卫星本体坐标系中的分量； (4) 根据相对位置矢量在卫星轨道坐标系中的分量，计算卫星成像时的滚转角、俯仰 角、滚转角的欧拉角速度、俯仰角的欧拉角速度；其中计算滚转角的欧拉角速度、俯仰角的 欧拉角速度时，使用二次多项式插值的数值方法得到； (5) 根据得到的滚转角、滚转角的欧拉角速度、俯仰角、俯仰角的欧拉角速度、每个时间 点对应的卫星轨道参数W及每个时间点对应的成像点位置，计算卫星的偏航角与偏航角的 欧拉角速度；其中计算偏航角的欧拉角速度时，使用二次多项式插值的数值方法得到； (6) 根据得到的滚转角的欧拉角速度、俯仰角的欧拉角速度和偏航角欧拉角速度，计算 得到滚转角的角速度、俯仰角的角速度和偏航角的角速度； (7) 根据得到的卫星成像时的滚转角、俯仰角、偏航角、滚转角的角速度、俯仰角的角速 度、偏航角的角速度，利用星上姿态控制设备对卫星实施姿态规划。2. 根据权利要求1所述的，其特征在于：步 骤（1)中获得每个时间点对应的成像点位置的具体方法为；当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种敏捷卫星成像过程姿态机动规划方法，其特征在于步骤如下：(1)根据指定的地面成像条带的起始点地理位置与结束点地理位置，以及成像的起始时间与结束时间，按照星上计算步长计算获得每个时间点对应的成像点位置；所述的地理位置包括地理经度、地理纬度和海拔高度；所述的成像点位置表示为成像点在地固坐标系下的三个位置分量；(2)获取每个时间点对应的卫星轨道参数，根据步骤(1)获得的每个时间点对应时刻的成像点位置，计算获得卫星与成像点在地心赤道惯性坐标系中的相对位置矢量；(21)根据卫星的轨道六根数，计算卫星在地心赤道惯性坐标系中的位置；(22)计算成像点在地心赤道惯性坐标系中的位置；(23)根据卫星和成像点在地心赤道惯性坐标系中的位置，采用矢量计算方法计算得到地心赤道惯性系中卫星与成像点的相对位置矢量；(3)计算步骤(2)获得的相对位置矢量在卫星本体坐标系中的分量；(4)根据相对位置矢量在卫星轨道坐标系中的分量，计算卫星成像时的滚转角、俯仰角、滚转角的欧拉角速度、俯仰角的欧拉角速度；其中计算滚转角的欧拉角速度、俯仰角的欧拉角速度时，使用二次多项式插值的数值方法得到；(5)根据得到的滚转角、滚转角的欧拉角速度、俯仰角、俯仰角的欧拉角速度、每个时间点对应的卫星轨道参数以及每个时间点对应的成像点位置，计算卫星的偏航角与偏航角的欧拉角速度；其中计算偏航角的欧拉角速度时，使用二次多项式插值的数值方法得到；(6)根据得到的滚转角的欧拉角速度、俯仰角的欧拉角速度和偏航角欧拉角速度，计算得到滚转角的角速度、俯仰角的角速度和偏航角的角速度；(7)根据得到的卫星成像时的滚转角、俯仰角、偏航角、滚转角的角速度、俯仰角的角速度、偏航角的角速度，利用星上姿态控制设备对卫星实施姿态规划。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵峭，黄美丽，冯昊，田百义，周静，高珊，雪丹，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京;11