基于多项式的SAR卫星滑动聚束模式姿态控制方法技术

针对SAR卫星滑动聚束模式姿态控制问题，本发明专利技术提出一种基于多项式的SAR卫星滑动聚束模式姿态控制方法。包括：根据观测场景及卫星轨道信息，获得滑动聚束模式成像期间各离散时刻点卫星期望的三轴指向单位矢量在地球固联坐标系下的投影；将所述成像期间各离散时刻点卫星期望的三轴指向转换为卫星欧拉角；采用最小二乘拟合方法将各离散时刻点的卫星欧拉角拟合为多项式曲线作为滑聚成像姿态曲线；根据滑聚成像姿态曲线得到姿态角速度曲线、角加速度曲线、角加加速度曲线，进而计算成像开始时刻和成像结束时刻卫星姿态角、角速度、角加速度；从而构造成像前预置姿态曲线及成像后姿态返回曲线，采用跟踪控制算法实现卫星对滑动聚束模式全过程的姿态控制。束模式全过程的姿态控制。束模式全过程的姿态控制。

【技术实现步骤摘要】
基于多项式的SAR卫星滑动聚束模式姿态控制方法


[0001]本专利技术涉及卫星姿态控制
，尤其涉及一种基于多项式的SAR卫星滑动聚束模式姿态控制方法，该方法特别适用于采用姿态机动方式实现滑动聚束高分辨率成像的SAR卫星。

技术介绍

[0002]为满足对SAR卫星系统日益提升的对地观测需求，需利用超带宽发射信号结合超大转动角滑动聚束模式分别实现距离向与方位向上的高分辨率来满足。
[0003]为了实现超高分辨率滑动聚束模式，现有技术中李立在专利《一种实现星载SAR超高分辨率滑动聚束模式的卫星平台姿态机动方法》(公开号：CN106291557A)中提出了通过卫星姿态机动实现星载SAR滑动聚束模式的方法，该方法最终的输出结果为成像所需的卫星平台三轴矢量在地球固联坐标系下的投影。基于该方法的输出结果，可以进一步转换得到卫星所需的三轴欧拉角姿态。但是该方法只能得出成像期间各离散时刻点的卫星理论姿态，不包含姿态角速度、角加速度等信息，无法直接应用于卫星姿态控制。同时也不涉及卫星从初始姿态机动到成像姿态、以及成像结束后如何机动至下一步期望姿态的控制问题。
[0004]目前采用的控制方法主要采用差值方法求得对应的角速度、角加速度，以便进行姿态控制，但是这要求星上需存储每个控制周期对应的姿态角信息，存储空间需求较大，且对姿态求差时，角速度、角加速度数据不平滑，易引起姿态的抖动。

技术实现思路

[0005]针对SAR卫星滑动聚束模式姿态控制问题，本专利技术提出一种基于多项式的SAR卫星滑动聚束模式姿态控制方法，仅需存储多项式系数，无需逐点存储姿态数据，可以减少星上姿态数据的存储需求，并保证成像全过程姿态角速度、角加速度的连续性与平稳性；同时该方法考虑了成像前的初始姿态、成像后下一步动作姿态的过渡问题，可应用于连续多次滑动聚束成像的情况。
[0006]本专利技术通过以下技术方案实现。
[0007]一种基于多项式的SAR卫星滑动聚束模式姿态控制方法，包括：
[0008]根据观测场景及卫星轨道信息，获得滑动聚束模式成像期间各离散时刻点卫星期望的三轴指向单位矢量在地球固联坐标系下的投影；
[0009]将所述成像期间各离散时刻点卫星期望的三轴指向转换为卫星欧拉角；
[0010]采用最小二乘拟合方法将各离散时刻点的卫星欧拉角拟合为多项式曲线作为滑聚成像姿态曲线；
[0011]根据滑聚成像姿态曲线得到姿态角速度曲线、角加速度曲线、角加加速度曲线，进而计算成像开始时刻和成像结束时刻卫星姿态角、角速度、角加速度；
[0012]基于卫星发送滑聚模式指令的时刻姿态角、角速度、角加速度以及成像开始时刻卫星姿态角、角速度、角加速度、角加加速度，构造多项式曲线作为成像前预置姿态曲线，进
而获得对应的角速度、角加速度曲线、角加加速度曲线；
[0013]基于卫星完成载荷关机的时刻期望姿态角、角速度、角加速度以及成像结束时刻卫星姿态角、角速度、角加速度，构造多项式曲线作为成像后姿态返回曲线，进而获得对应的角速度、角加速度曲线、角加加速度曲线；
[0014]将所述成像前预置姿态曲线、滑聚成像姿态曲线、成像后姿态返回曲线作为卫星控制系统的控制目标，采用跟踪控制算法实现卫星对滑动聚束模式全过程的姿态控制。
[0015]本专利技术的有益效果：
[0016]1、本专利技术将滑动聚束模式成像期间的姿态拟合为多项式曲线，卫星无需存储各离散时刻点的姿态数据，只需存储多项式系数，即可构造完整的成像姿态过程，减少了对星上姿态数据存储的需求；
[0017]2、本专利技术将成像前预置、滑聚成像、成像后过渡的姿态运动均表示为多项式曲线，可保证三条多项式曲线在首尾衔接时姿态角、角速度、角加速度均连续变化，实现控制系统在执行过程中运动的连续变化，不会造成姿态抖动；
[0018]3、本专利技术采用基于多项式姿态曲线，可直接求取一阶和二阶导数对应的多项式曲线，进而获得各时刻角速度、角加速度，无需逐点插值并进行差分运算，便于跟踪控制算法的快速计算；
[0019]4、本专利技术对成像前初始姿态、成像后过渡的目标姿态角、角速度、角加速度均无特殊要求，可以适应各种情况下的滑动聚束成像任务。
附图说明
[0020]图1为本专利技术基于多项式的SAR卫星滑动聚束模式姿态控制方法流程图；
[0021]图2为本专利技术具体实施方式中成像前预置、滑聚成像、成像后过渡的姿态角、角速度、角加速度曲线示意图。
具体实施方式
[0022]下面结合参考附图来详细描述本专利技术的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本专利技术的原理和精神，而并非限制本专利技术的范围。
[0023]如图1所示，本专利技术的基于多项式的SAR卫星滑动聚束模式姿态控制方法，包括步骤如下：
[0024]步骤一、根据观测场景及卫星轨道信息，获得滑动聚束模式成像期间各离散时刻点卫星期望的三轴指向单位矢量在地球固联坐标系下的投影；(以下简称“期望三轴指向”)；该步骤具体包括：
[0025](1)根据观测场景位置及卫星轨道信息，确定整个滑动聚束成像的时间范围，即卫星平台姿态机动的时间范围；
[0026](2)利用SAR天线参数、分辨率指标、以及场景中心的星下点视角，确定整个卫星平台姿态机动期间的中心旋转点；
[0027](3)根据步骤(2)所述中心旋转点以及步骤(1)所述机动的时间范围，确定成像期间期望的卫星三轴指向单位矢量，从而得到整个滑动聚束成像期间卫星平台精确的姿态机
动方式；
[0028](4)根据所述步骤(3)所述卫星三轴指向单位矢量的三轴指向单位矢量得到在地球固联坐标系下的投影；具体采用集合的形式进行表示：
[0029]{(t
i
,(x
i
)
ECF
,(y
i
)
ECF
,(z
i
)
ECF
)i＝1,
…
,N,t
img_start
＝t1＜t2＜
…
＜t
i
＜t
i+1
＜
…
＜t
N
＝t
img_end
}
[0030]其中，N为离散时刻点个数，ti代表第i个离散时刻点，t
img_start
为成像开始时刻，t
img_end
为成像结束时刻；(x
i
)
ECF
、(y
i
)
ECF
、(z
i
)
ECF
为三维列向量，代表时刻t
i
期望的卫星本体X轴、Y轴、Z轴的单位矢量在地球固联坐标系下的投影。
[0031]步骤二、将所述成像期间各离散时刻点卫星期望的三轴指向转换为卫星欧拉角；
[0032]所述欧拉角是指卫本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多项式的SAR卫星滑动聚束模式姿态控制方法，其特征在于，包括：根据观测场景及卫星轨道信息，获得滑动聚束模式成像期间各离散时刻点卫星期望的三轴指向单位矢量在地球固联坐标系下的投影；将所述成像期间各离散时刻点卫星期望的三轴指向转换为卫星欧拉角；采用最小二乘拟合方法将各离散时刻点的卫星欧拉角拟合为多项式曲线作为滑聚成像姿态曲线；根据滑聚成像姿态曲线得到姿态角速度曲线、角加速度曲线、角加加速度曲线，进而计算成像开始时刻和成像结束时刻卫星姿态角、角速度、角加速度；基于卫星发送滑聚模式指令的时刻姿态角、角速度、角加速度以及成像开始时刻卫星姿态角、角速度、角加速度、角加加速度，构造多项式曲线作为成像前预置姿态曲线；基于卫星完成载荷关机的时刻期望姿态角、角速度、角加速度以及成像结束时刻卫星姿态角、角速度、角加速度，构造多项式曲线作为成像后姿态返回曲线；将成像前预置姿态曲线、滑聚成像姿态曲线、成像后姿态返回曲线作为卫星控制系统的控制目标，采用跟踪控制算法实现卫星对滑动聚束模式全过程的姿态控制。2.如权利要求1所述的基于多项式的SAR卫星滑动聚束模式姿态控制方法，其特征在于，步骤一具体包括：(1)根据观测场景位置及卫星轨道信息，确定整个滑动聚束成像的时间范围，即卫星平台姿态机动的时间范围；(2)利用SAR天线参数、分辨率指标、以及场景中心的星下点视角，确定整个卫星平台姿态机动期间的中心旋转点；(3)根据步骤(2)所述中心旋转点以及步骤(1)所述机动的时间范围，确定成像期间期望的卫星三轴指向单位矢量，从而得到整个滑动聚束成像期间卫星平台精确的姿态机动方式；(4)根据所述步骤(3)所述卫星三轴指向单位矢量的三轴指向单位...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，刘书豪，于海锋，李梁，张润宁，程晓，刘磊，高贺利，匡辉，安亮，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：