面向敏捷卫星的姿态四元数处理方法、装置、设备制造方法及图纸

本申请涉及一种面向敏捷卫星的姿态四元数处理方法、装置、设备。获取姿态四元数、星历数据；根据所述姿态四元数、所述星历数据，利用坐标系转换规则，确定本体坐标系到当地轨道坐标系对应的第一姿态旋转矩阵；根据预设的三轴旋转顺序，拆分所述第一姿态旋转矩阵，得到对应的欧拉角；根据确定出的卫星的推扫成像方式，将所述欧拉角进行拟合，得到模型化后的欧拉角；利用所述坐标系转换规则，将所述模型化后的欧拉角的序列对应的旋转矩阵转换成处理后的姿态四元数。后的姿态四元数。后的姿态四元数。

【技术实现步骤摘要】
面向敏捷卫星的姿态四元数处理方法、装置、设备


[0001]本申请涉及敏捷卫星
，尤其是涉及一种面向敏捷卫星的姿态四元数处理方法、装置、设备。

技术介绍

[0002]敏捷卫星与传统卫星相比具有俯仰、滚动、偏航等姿态动作，能够展现出更大的对地观测范围，拥有更强的对地观测能力。因此通过敏捷卫星可以更灵活的获取对地观测数据。目前卫星地面预处理系统对卫星下传的姿态四元数通常采用球面线性内插的方法进行插值处理。这种方式将两个已知的四元数所代表的旋转角以及中间待插值的四元数旋转看作位于四维空间的单位球上，将四元数旋转在转化为单位球上的轴
‑
角旋转模型，内插过程中保持旋转轴不变，对旋转角进行和时间相关的线性内插，插值四元数与已知四元数之间的旋转偏差通过四元数乘法表达，插值完成后将采用“轴
‑
角”表示的旋转变换回四元数形式。这是一种数学意义上的处理。
[0003]但是球面线性内插的方法只针对四元数代表的旋转本身，无法解决敏捷卫星所产生的噪声问题，也无法对姿态数据进行外延处理。以至于数据处理精度较低。因此，对于具备复杂成像模式的敏捷卫星来说，球面线性内插的方法并不是理想的处理方法。

技术实现思路

[0004]本申请提供一种面向敏捷卫星的姿态四元数处理方法、装置、设备。
[0005]第一方面，本申请提供一种面向敏捷卫星的姿态四元数处理方法，包括：获取姿态四元数、星历数据；根据所述姿态四元数、所述星历数据，利用坐标系转换规则，确定本体坐标系到当地轨道坐标系对应的第一姿态旋转矩阵；根据预设的三轴旋转顺序，拆分所述第一姿态旋转矩阵，得到对应的欧拉角；根据确定出的卫星的推扫成像方式，将所述欧拉角进行拟合，得到模型化后的欧拉角；利用所述坐标系转换规则，将所述模型化后的欧拉角的序列对应的旋转矩阵转换成处理后的姿态四元数。
[0006]本申请提供了一种面向敏捷卫星的姿态四元数处理方法、装置、设备。可以获取星上计算机传输的姿态四元数以及星历数据。在获取成功后，利用坐标系转换规则，确定卫星的本体坐标系到当地轨道坐标系所对应的第一姿态旋转矩阵。进而根据预设的三轴旋转顺序，将第一姿态旋转矩阵中的参数进行拆分，得到对应的欧拉角，使得具有数学意义的姿态四元数具有物理意义。进而通过卫星的推扫成像方式，将得到的欧拉角进行拟合，得到模型化后的欧拉角。通过这种方式将最初得到的姿态四元数中的噪声进行平滑处理，或者遵守姿态角、角速度和角加速度随时间的变化规律，提高数据内部相对几何精度。从而利用坐标系转换规则，将模型化后的欧拉角对应的序列所构成的旋转矩阵转换成处理后的姿态四元
数。提高最初得到的姿态四元数的精度。
[0007]第二方面，本申请提供一种面向敏捷卫星的姿态四元数处理装置。
[0008]数据获取模块，用于获取姿态四元数、星历数据；第一姿态旋转矩阵确定模块，用于根据所述姿态四元数、所述星历数据，利用坐标系转换规则，确定本体坐标系到当地轨道坐标系对应的第一姿态旋转矩阵；欧拉角确定模块，用于根据预设的三轴旋转顺序，拆分所述第一姿态旋转矩阵，得到对应的欧拉角；欧拉角拟合模块，用于根据确定出的卫星的推扫成像方式，将所述欧拉角进行拟合，得到模型化后的欧拉角；处理模块，用于利用所述坐标系转换规则，将所述模型化后的欧拉角的序列对应的旋转矩阵转换成处理后的姿态四元数。
[0009]第三方面，本申请提供一种面向敏捷卫星的姿态四元数处理设备，包括：存储器和处理器，所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行第一方面的方法的计算机程序。
[0010]第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行第一方面的方法的计算机程序。
附图说明
[0011]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0012]图1为本申请一实施例提供的一种应用场景示意图；图2为本申请一实施例提供的一种面向敏捷卫星的姿态四元数处理方法的流程图；图3为本申请一实施例提供的另一种面向敏捷卫星的姿态四元数处理方法的流程图；图4a
‑
4c为本申请一实施例提供的一种被动推扫方式下三轴的原始欧拉角与拟合欧拉角曲线对比图；图5a
‑
5c为本申请一实施例提供的一种主动推扫方式下三轴的原始欧拉角与不同多项式外推的曲线之间的拟合情况对比图；图6a
‑
6b为本申请一实施例提供的一种使用二次多项式拟合的主动推扫与被动推扫姿态四元数的物方残差示意图；图7a
‑
7b为本申请一实施例提供的一种使用五次多项式拟合的主动推扫与被动推扫姿态四元的物方残差示意图；图8为本申请一实施例提供的一种面向敏捷卫星的姿态四元数处理装置的结构示意图；图9为本申请一实施例提供的一种面向敏捷卫星的姿态四元数处理设备的结构示意图。
具体实施方式
[0013]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0014]另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，如无特殊说明，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0015]下面结合说明书附图对本申请实施例作进一步详细描述。
[0016]由于目前卫星地面预处理系统对卫星下传的姿态四元数通常采用球面线性内插的方法进行插值处理，来提高姿态四元数的精度。这种方式属于数学意义上的处理。由于敏捷卫星与传统卫星相比具有俯仰、滚动、偏航等姿态动作，因此在获取数据的过程中会产生噪声。但这种情况，通过球面线性内插的方法无法解决，因此使得数据处理的精度较低，并不能达到理想的精度。
[0017]基于此，本申请提供一种面向敏捷卫星的姿态四元数处理方法、装置、电子设备。在获取星上计算机系统下传的姿态四元数后，卫星地面预处理系统将姿态四元数根据坐标转换规则进行相应地转换后，得到对应的欧拉角，进而通过卫星的推扫成像模式，选择不同的多项式进行拟合得到模型化后的欧拉角，使得数据内部的相对精度以及绝对精度都能得到提高。进而将模型化后欧拉角重新利用坐标系转换规则转换回姿态四元数，完成姿态四元数的处理，提高数据的精度。
[0018]图1为本申请提供的一种应用场景示意图。在获取星上计算机系统下传的姿态四元数后，卫星地面预处理系统利用坐标系转换规则以及相应的计算规则，结合全球导航卫星系统进行相应的操作后，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向敏捷卫星的姿态四元数处理方法，其特征在于，包括：获取姿态四元数、星历数据；根据所述姿态四元数、所述星历数据，利用坐标系转换规则，确定本体坐标系到当地轨道坐标系对应的第一姿态旋转矩阵；根据预设的三轴旋转顺序，拆分所述第一姿态旋转矩阵，得到对应的欧拉角；根据确定出的卫星的推扫成像方式，将所述欧拉角进行拟合，得到模型化后的欧拉角；利用所述坐标系转换规则，将所述模型化后的欧拉角的序列对应的旋转矩阵转换成处理后的姿态四元数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设的三轴旋转顺序，拆分所述第一姿态旋转矩阵，得到对应的欧拉角包括：确定卫星的本体坐标系到当地轨道坐标系的三轴旋转顺序；根据所述三轴旋转顺序，确定欧拉角的计算公式；基于所述计算公式、所述第一姿态旋转矩阵，确定对应的欧拉角。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据确定出的卫星的推扫成像方式，将所述欧拉角进行拟合，得到模型化后的欧拉角包括：根据卫星拍摄模式确定卫星的推扫成像方式；根据所述推扫成像方式确定拟合所需多项式；根据确定的多项式将所述欧拉角进行拟合得到模型化后的欧拉角。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据卫星拍摄模式确定卫星的推扫成像方式包括：提取所述姿态四元数的前缀编码；将所述前缀编码与预设前缀编码进行匹配；根据匹配结果，确定所述推扫成像方式。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述姿态四元数、所述星历数据，利用坐标系转换规则，确定本体坐标系到当地轨道坐标系的第一姿态旋转矩阵包括：确定所述姿态四元数的标量部分、矢量部分；利用所述姿态四元数的标量部分、矢量部分，确定本体坐标系到地心惯性坐标系对应的第二姿态旋转矩阵；利用旋转参数，确定地心固定坐标系与地心惯性坐标系之间的第一旋转矩阵；通过所述第一旋转矩阵、所述星历数据，得到卫星在所述地心惯性坐标系的瞬时位置与速度矢量；根据所述瞬时位置与速度矢量，确定当地轨道坐标系到地心惯性坐标系对应的第二旋转矩阵；根据所述第二姿态旋转矩阵与所述第二旋转矩阵，...

【专利技术属性】
技术研发人员：于冰洋，严明，伍菲，闫鹏飞，何建军，王智勇，
申请(专利权)人：二十一世纪空间技术应用股份有限公司，
类型：发明
国别省市：