一种敏捷卫星主动推扫成像实现方法技术

本发明专利技术中一种敏捷卫星主动推扫成像实现方法，敏捷卫星可以沿滚动、俯仰、偏航三轴进行快速机动，可以实现对地面目标高效、灵活的观测，敏捷卫星不仅实现了沿任意欧拉角大幅、快速机动稳定后推扫成像的能力，还具备了在姿态机动过程中对地成像的能力，即为主动推扫成像过程。本发明专利技术敏捷卫星主动推扫成过程实现方法，包括匀地速主动推扫成像和匀积分时间主动推扫成像，这两种主动推扫成像方式均在高分多模卫星设计中得到应用，经过了型号的验证，方法有效，可以保证敏捷卫星主动推扫成像的实现。

【技术实现步骤摘要】
一种敏捷卫星主动推扫成像实现方法
本专利技术涉及一种敏捷卫星主动推扫成像实现方法，属于敏捷卫星成像模式设计

技术介绍
目前国内对卫星的主动推扫成像过程研究尚处于起步阶段，经过对国内外文献的调研，将已有的研究总结如下：通过对国外敏捷卫星的主要成像工作模式的调研，美国的敏捷商业遥感卫星已经实现了卫星在机动过程中主动成像的能力。其中IKONOS、GeoEye-1和WorldView-1等卫星已经有公开文献显示其主动推扫成像的能力。IKONOS卫星具有主动推扫成像能力，卫星在一轨内利用垂轨扫描成像方式在两个角度下对相同目标进行成像，获得成像目标(22km×130km)的立体像对。在两次垂轨扫描成像过程之间卫星还对分散在星下点轨迹两边的三个点目标进行了成像。但未有详细文献说明其具体实现方式。通过对国内敏捷卫星主动推扫成像的调研，有文献对敏捷卫星主动推扫成像过程中的积分时间设置问题进行了研究，并给出设置建议；苏中华等对敏捷卫星推扫模式下的姿态控制方法进行了相关研究。但均未对主动推扫的具体实现方式和实现过程进行说明。目前的敏捷卫星“主动推扫成像”实现的研究主要集中在主动推扫成像的姿态控制方法、积分时间设置的影响分析上。暂时没有专门针对“主动推扫成像”的具体实现方式的研究成果。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题为：克服上述现有技术的不足，提供一种敏捷卫星主动推扫成像实现方法，可以保证对成像目标的完全覆盖、图像指标的保证以及实际工程上的可实现性。本专利技术解决的技术方案为：一种敏捷卫星主动推扫成像实现方法，步骤如下：(1)确定敏捷卫星主动推扫成像过程的起始点和结束点，起始点和结束点均位于地球表面，两点之间连线取地球表面上的圆弧线，记为卫星成像条带；卫星成像条带的起始点即为敏捷卫星主动推扫成像过程的起始点；卫星成像条带的结束点即为敏捷卫星主动推扫成像过程的结束点；(2)根据任务需求，设定敏捷卫星成像点沿圆弧线的运动速度，记为敏捷卫星成像点运动速度；(3)判断敏捷卫星的主动推扫成像方式，如果敏捷卫星相机具有积分时间大范围调整的能力，则选择匀地速主动推扫成像模式，进行步骤(4)；如果敏捷卫星相机不具备积分时间大范围调整能力，则选择匀积分时间主动推扫成像模式，进行步骤(5)；(4)根据步骤(2)设定的敏捷卫星成像点运动速度，求解每个时间点对应的成像点位置，作为观测地面目标点位置，进行步骤(7)；(5)根据敏捷卫星主动推扫成像过程的起始点位置、结束点位置、敏捷卫星的轨道参数，(包括时刻、轨道六根数、WGS84坐标系中的位置速度、J2000坐标系中的位置速度；)以及步骤(2)设定的敏捷卫星成像点运动速度作为整个卫星成像条带的成像点平均速度，计算敏捷卫星主动推扫成像过程实时地速，实时地速保证卫星相机的积分时间保持恒定，积分时间恒定定义为整个成像过程中积分时间的变化不超过10％；(6)根据步骤(5)确定的敏捷卫星主动推扫成像过程实时地速，确定敏捷卫星主动推扫成像过程中各个时间点对应的成像点位置，作为观测地面目标点位置，各个时间点对应的成像点位置要求均位于卫星成像条带上，进行步骤(7)；(7)根据步骤(4)或者步骤(6)确定的观测地面目标点的位置和敏捷卫星的轨道参数(卫星轨道参数共包括19个数据，包括时刻、轨道六根数、WGS84坐标系中的位置速度、J2000坐标系中的位置速度。)计算敏捷卫星指向各观测地面目标点的滚动角、滚动角速度、俯仰角和俯仰角速度；(8)根据敏捷卫星指向各观测地面目标点的滚动角、滚动角速度、俯仰角和俯仰角速度，并满足卫星主动推扫成像的像移速度方向与相机焦面线阵方向垂直的要求，确定卫星的偏航角和偏航角速度。优选的，敏捷卫星，具体为能够在短时间内实现大角度快速机动的卫星，利用其快速姿态机动能力，能够迅速改变星上相机对地指向，实现对地面目标的高效、灵活的观测。一般为低轨遥感卫星，配置TDICCD。TDICCD利用多级光敏元对相对运动的同一个目标多次积分，每个光敏元积分所获得的较弱信号可叠加为一较强信号输出，改善相机的图像质量、信噪比和动态范围等。TDICCD的正常工作要求光生电荷包的转移与像面图像的运动保持同步，即积分时间内相机焦面上的像移应当与相机单个像元的长度相同。优选的，两点之间连线取地球表面上的一段圆弧线，具体为球面上的大圆，即球面上圆心与球心重合的圆。优选的，敏捷卫星成像点，是指敏捷卫星上的相机对地球表面(即地面)的成像处。优选的，能保证卫星对任意走向的一般轨迹条带目标的快速成像。这里的任意走向条带可以是沿迹条带或非沿迹条带，其中沿迹条带是指条带方向与星下点轨迹方向一样的目标条带，而非沿迹条带是指条带方向与星下点轨迹方向有一定角度的目标条带。优选的，主动成像过程中，通过卫星滚转角、俯仰角的连续机动，使摄影点在地表按某种方式运动。该模式下，滚转/俯仰角度变化过程一般为非线性，滚转/俯仰角速度变化过程一般也是非线性的。成像过程中，为了保证成像质量，要保证卫星姿态角速度稳定度和姿态指向精度满足成像要求。同时在成像过程中，卫星需绕偏航轴实时机动进行偏流角修正，以使相机焦面上的像移方向垂直于相机TDICCD的线阵方向。优选的，匀地速主动推扫成像模式中，在于摄影点地速运动方式与传统被动推扫成像方式一致，计算过程不涉及迭代，比较简单，有利于星载实现；优选的，匀积分时间主动推扫成像模式中，卫星的积分时间在成像过程中保持恒定，更有利于成像过程中图像质量均匀性的保证。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术设计的匀地速主动推扫成像模式，明确了主动推扫成像过程规划需要的输入条件；给出了匀地速主动推扫成像模式实现的详细实施流程；规定了推扫过程中地面成像点位置的确定方法，保证对卫星成像条带的覆盖；给出了卫星姿态角的计算方法；(2)本专利技术设计的匀积分时间主动推扫成像模式，明确了主动推扫成像过程规划需要的输入条件；给出了匀积分时间主动推扫成像模式实现的详细实施流程；规定了推扫过程中地面成像点位置的确定方法，保证对卫星成像条带的覆盖；给出了卫星姿态角的计算方法；(3)本专利技术设计的主动推扫成像实现方法提出的匀地速成像模式，摄影点地速运动方式与传统被动推扫成像方式一致，计算过程不涉及迭代，比较简单，有利于星载实现；(4)本专利技术设计的主动推扫成像实现方法提出的匀积分时间成像模式，卫星的积分时间在成像过程中保持恒定，更有利于成像过程中图像质量均匀性的保证；(5)本专利技术设计的主动推扫成像实现方法能保证卫星对任意走向的一般轨迹条带目标的快速成像。这里的任意走向条带可以是沿迹条带或非沿迹条带，其中非沿迹条带是指条带方向与星下点轨迹方向有一定角度的目标条带；(6)本专利技术设计的主动推扫成像实现方法在实际型号中得到了应用，得到了型号的验证。敏捷卫星采用这种主动推扫成像方式获取的遥感图像满足工程实现和图像质量要求。附图说明图1是主动推扫成像过程典型场景示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种敏捷卫星主动推扫成像实现方法，其特征在于步骤如下：/n(1)确定敏捷卫星主动推扫成像过程的起始点和结束点，起始点和结束点均位于地球表面，两点之间连线取地球表面上的圆弧线，记为卫星成像条带；卫星成像条带的起始点即为敏捷卫星主动推扫成像过程的起始点；卫星成像条带的结束点即为敏捷卫星主动推扫成像过程的结束点；/n(2)根据任务需求，设定敏捷卫星成像点沿圆弧线的运动速度，记为敏捷卫星成像点运动速度；/n(3)判断敏捷卫星的主动推扫成像方式，如果敏捷卫星相机具有积分时间大范围调整的能力，则选择匀地速主动推扫成像模式，进行步骤(4)；如果敏捷卫星相机不具备积分时间大范围调整能力，则选择匀积分时间主动推扫成像模式，进行步骤(5)；/n(4)根据步骤(2)设定的敏捷卫星成像点运动速度，求解每个时间点对应的成像点位置，作为观测地面目标点位置，进行步骤(7)；/n(5)根据敏捷卫星主动推扫成像过程的起始点位置、结束点位置、敏捷卫星的轨道参数，以及步骤(2)设定的敏捷卫星成像点运动速度作为整个卫星成像条带的成像点平均速度，计算敏捷卫星主动推扫成像过程实时地速，实时地速保证卫星相机的积分时间保持恒定；/n(6)根据步骤(5)确定的敏捷卫星主动推扫成像过程实时地速，确定敏捷卫星主动推扫成像过程中各个时间点对应的成像点位置，作为观测地面目标点位置，各个时间点对应的成像点位置要求均位于卫星成像条带上，进行步骤(7)；/n(7)根据步骤(4)或者步骤(6)确定的观测地面目标点的位置和敏捷卫星的轨道参数，计算敏捷卫星指向各观测地面目标点的滚动角、滚动角速度、俯仰角和俯仰角速度；/n(8)根据敏捷卫星指向各观测地面目标点的滚动角、滚动角速度、俯仰角和俯仰角速度，并满足卫星主动推扫成像的像移速度方向与相机焦面线阵方向垂直的要求，确定卫星的偏航角和偏航角速度。/n...

【技术特征摘要】
1.一种敏捷卫星主动推扫成像实现方法，其特征在于步骤如下：
(1)确定敏捷卫星主动推扫成像过程的起始点和结束点，起始点和结束点均位于地球表面，两点之间连线取地球表面上的圆弧线，记为卫星成像条带；卫星成像条带的起始点即为敏捷卫星主动推扫成像过程的起始点；卫星成像条带的结束点即为敏捷卫星主动推扫成像过程的结束点；
(2)根据任务需求，设定敏捷卫星成像点沿圆弧线的运动速度，记为敏捷卫星成像点运动速度；
(3)判断敏捷卫星的主动推扫成像方式，如果敏捷卫星相机具有积分时间大范围调整的能力，则选择匀地速主动推扫成像模式，进行步骤(4)；如果敏捷卫星相机不具备积分时间大范围调整能力，则选择匀积分时间主动推扫成像模式，进行步骤(5)；
(4)根据步骤(2)设定的敏捷卫星成像点运动速度，求解每个时间点对应的成像点位置，作为观测地面目标点位置，进行步骤(7)；
(5)根据敏捷卫星主动推扫成像过程的起始点位置、结束点位置、敏捷卫星的轨道参数，以及步骤(2)设定的敏捷卫星成像点运动速度作为整个卫星成像条带的成像点平均速度，计算敏捷卫星主动推扫成像过程实时地速，实时地速保证卫星相机的积分时间保持恒定；
(6)根据步骤(5)确定的敏捷卫星主动推扫成像过程实时地速，确定敏捷卫星主动推扫成像过程中各个时间点对应的成像点位置，作为观测地面目标点位置，各个时间点对应的成像点位置要求均位于卫星成像条带上，进行步骤(7)；
(7)根据步骤(4)或者步骤(6)确定的观测地面目标点的位置和敏捷卫星的轨道参数，计算敏捷卫星指向各观测地面目标点的滚动角、滚动角速度、俯仰角和俯仰角速度；
(8)根据敏捷卫星指向各观测地面目标点的滚动角、滚动角速度、俯仰角和俯仰角速度，并满足卫星主动推扫成像的像移速度方向与相机焦面线阵方向垂直的要求，确定卫星的偏航角和偏航角速度。


2.根据权利要求1所述的一种敏捷卫星主动推扫成像实现方法，其特征在于：敏捷卫星，具体为能够在短时间内实现大角度快速机动的卫星，利用其快速姿态机动能力，能够迅速改变星上相机对地指向，实现对地面目标的高效、灵活...

【专利技术属性】
技术研发人员：余婧，于龙江，杨文涛，张国斌，王跃，范立佳，李雨廷，高洪涛，梁晓珩，蒋永华，
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