星上多条带拼接计算方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种星上多条带拼接计算方法和系统，包括：进行轨道递推并转换为卫星惯性系下的位置、速度矢量；计算卫星到指定中心点矢量在轨道系下的单位指向矢量；计算相邻条带中心点距离；计算方向点、相邻条带中心点相对指定中心点的方位角；计算相邻条带中心点位置、方向点位置。本发明专利技术解决了高分辨率窄幅宽观测卫星单次过境大区域成像多条带拼接计算问题，可以有效地计算多条带拼接中各条带的中心点、方位点经纬度，实现卫星单次过境多条带拼接大范围成像，保证卫星单次过境对大区域的观测能力。观测能力。观测能力。

【技术实现步骤摘要】
星上多条带拼接计算方法和系统


[0001]本专利技术涉及卫星单轨大区域多条带拼接成像领域，具体地，涉及星上多条带拼接计算方法和系统。

技术介绍

[0002]现代对地观测卫星的分辨率越来越高，在高分辨率的同时无法满足大幅宽，卫星一次过境要实现大范围区域成像必须通过多条带拼接实现，传统观测卫星通常采用地面上注指令实现多条带拼接，随着在轨卫星数量急剧增加，给地面应用系统带来了很大的压力，星上自主任务规划是缓解这一压力的重要途径，多条带拼接算法是自主任务规划中的重要部分，通过多条带拼接算法计算各条带中心点、方向点坐标，实现卫星单次过境大区域多条带拼接星上自主任务规划，尽可能减少地面应用系统长期管理期间的工作压力。
[0003]专利文献CN110111260A公开了一种规划编队卫星条带拼接成像任务的方法，包括：根据区域目标的边界点确定观测目标区域；由编队卫星中各卫星的速度及位置信息获取在设定的观测任务时间内各卫星的飞行轨迹，并获取观测目标区域的边界点被观测所需的最小侧摆角及对应的观测时间；按照设定的顺序将观测目标区域规划为多个观测条带，并从编队卫星确定各观测条带对应的观测卫星；根据各观测条带边界对应侧摆角计算获得各观测条带内外边界曲线与观测目标区域边界的交点位置及对应观测时刻，并确定各观测条带对应的观测时长；通过所述观测时刻各观测卫星的速度及位置信息及侧摆角计算获得各观测卫星观测点的经纬度。
[0004]但是，专利文献CN110111260A不能解决单颗卫星单次过境实现多条带拼接的计算中如何完成各条带中心点、方向点的位置计算的技术问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种星上多条带拼接计算方法和系统。
[0006]根据本专利技术提供的一种星上多条带拼接计算方法，包括：
[0007]步骤S110：进行轨道递推并转换为卫星惯性系下的位置、速度矢量；
[0008]步骤S120：根据卫星惯性系下的位置、速度矢量，计算卫星到指定中心点矢量在轨道系下的单位指向矢量；
[0009]步骤S130：根据所述轨道系下的单位指向矢量，计算相邻条带中心点距离；
[0010]步骤S140：根据所述相邻条带中心点距离，计算方向点、相邻条带中心点相对指定中心点的方位角；
[0011]步骤S150：根据所述相邻条带中心点相对指定中心点的方位角，计算相邻条带中心点位置、方向点位置。
[0012]优选地，所述步骤S110包括：
[0013]步骤S111：根据成像前准备时间、成像条带数、单带成像时间、条带间姿态机动时
间，计算得到当前时刻到卫星观测指定中心点时刻的时间；
[0014]步骤S112：根据所述当前时刻到卫星观测指定中心点时刻的时间，由当前时刻的轨道根数递推得到卫星观测指定中心点时刻的轨道根数，并将该时刻的轨道根数由六根数转换成卫星惯性系下的位置、速度矢量；
[0015]采用单颗卫星单次过境的星上区域多条带拼接自主任务规划，推扫方向由中心点和方向点确定，多条带的推扫方向一致，是带有条带推扫方向约束的多条带拼接，姿态机动只存在于不同条带成像之间，在每一个条带推扫过程中姿态固定。
[0016]优选地，所述步骤S120包括：
[0017]步骤S121：考虑地球椭球面模型，根据指定中心点的经纬高信息，计算得出指定中心点在地固系下的位置矢量；
[0018]步骤S122：由所述指定中心点在地固系下的位置矢量、卫星观测指定中心点时刻，计算得到惯性系下的指定中心点的位置矢量；其中，惯性系到地固系的转换矩阵如下：
[0019]M
ECI2ECF
＝EP
·
ER
·
NR
·
PR
[0020]其中EP为极移矩阵，ER为地球自转矩阵，NR为章动矩阵，PR为岁差矩阵，得到M
ECI2ECF
后取逆即为地固系到惯性系的转换矩阵；
[0021]步骤S123：根据所述惯性系下的指定中心点的位置矢量，通过矢量运算得到卫星到指定中心点的指向矢量，结合所述卫星惯性系下的位置、速度矢量，计算得到轨道系下的指向矢量，通过归一化得到卫星观测指定中心点时刻的轨道系下的单位指向矢量；
[0022]轨道系到J2000惯性系的坐标转换矩阵M
orb2ECI
如下：
[0023][0024]式中Y
a
＝(V
sECI
×
R
sECI
)，X
a
＝R
sECI
×
Y
a
，V
sECI
为卫星在惯性系下的速度矢量，R
sECI
为卫星在惯性系下的位置矢量。
[0025]优选地，在所述步骤S130中：
[0026]根据卫星观测指定中心点时刻的所述轨道系下的单位指向矢量，计算指定中心点相对轨道坐标系的滚转角，结合卫星载荷幅宽半角，计算相邻条带中心点之间的距离；
[0027]所述步骤S140包括：
[0028]步骤S141：根据指定中心点、方向点的经纬度信息，求解方向点相对于指定中心点的方位角；其中，根据指定中心点A和方向点B的经纬度，设置第三点C构建球面直角三角形，点C的经度为指定中心点经度，纬度为方向点纬度，二面角∠ACB为直角，由于三个点A、B、C的经纬度均已知，通过经纬度转位置矢量计算得到角a、角b、角c，其中，角a即∠BOC，角b即∠AOC，角c即∠AOB；通过以下球面三角形公式得到二面角∠BAC为方向点相对于指定中心点的方位角：
[0029]sin(a)＝sin(c)sin(∠BAC)
[0030]步骤S142：根据所述方向点相对于指定中心点的方位角、所述相邻条带中心点之间的距离，计算相邻条带中心点相对指定中心点的方位角。
[0031]优选地，所述步骤S150包括：
[0032]步骤S151：根据指定中心点经纬度、指定中心点与相邻条带中心点之间的距离、所
述相邻条带中心点相对于指点中心点的方位角，计算相邻条带中心点的经纬度，作为相邻条带中心点位置；
[0033]步骤S152：根据所述相邻条带中心点的经纬度、指定中心点与方位点之间的距离、方向点相对于指点中心点的方位角，计算相邻条带方向点的经纬度，作为相邻条带方向点位置。
[0034]根据本专利技术提供的一种星上多条带拼接计算系统，包括：
[0035]模块M110：进行轨道递推并转换为卫星惯性系下的位置、速度矢量；
[0036]模块M120：根据卫星惯性系下的位置、速度矢量，计算卫星到指定中心点矢量在轨道系下的单位指向矢量；
[0037]模块M130：根据所述轨道系下的单位指向矢量，计算相邻条带中心点距离；
[0038]模块M140：根据所述相邻条带中心点距离，计算方向点、相邻条带中心点相对指定中心点的方位角；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星上多条带拼接计算方法，其特征在于，包括：步骤S110：进行轨道递推并转换为卫星惯性系下的位置、速度矢量；步骤S120：根据卫星惯性系下的位置、速度矢量，计算卫星到指定中心点矢量在轨道系下的单位指向矢量；步骤S130：根据所述轨道系下的单位指向矢量，计算相邻条带中心点距离；步骤S140：根据所述相邻条带中心点距离，计算方向点、相邻条带中心点相对指定中心点的方位角；步骤S150：根据所述相邻条带中心点相对指定中心点的方位角，计算相邻条带中心点位置、方向点位置。2.根据权利要求1所述的星上多条带拼接计算方法，其特征在于，所述步骤S110包括：步骤S111：根据成像前准备时间、成像条带数、单带成像时间、条带间姿态机动时间，计算得到当前时刻到卫星观测指定中心点时刻的时间；步骤S112：根据所述当前时刻到卫星观测指定中心点时刻的时间，由当前时刻的轨道根数递推得到卫星观测指定中心点时刻的轨道根数，并将该时刻的轨道根数由六根数转换成卫星惯性系下的位置、速度矢量；采用单颗卫星单次过境的星上区域多条带拼接自主任务规划，推扫方向由中心点和方向点确定，多条带的推扫方向一致，是带有条带推扫方向约束的多条带拼接，姿态机动只存在于不同条带成像之间，在每一个条带推扫过程中姿态固定。3.根据权利要求2所述的星上多条带拼接计算方法，其特征在于，所述步骤S120包括：步骤S121：考虑地球椭球面模型，根据指定中心点的经纬高信息，计算得出指定中心点在地固系下的位置矢量；步骤S122：由所述指定中心点在地固系下的位置矢量、卫星观测指定中心点时刻，计算得到惯性系下的指定中心点的位置矢量；其中，惯性系到地固系的转换矩阵如下：M
ECI2ECF
＝EP
·
ER
·
NR
·
PR其中EP为极移矩阵，ER为地球自转矩阵，NR为章动矩阵，PR为岁差矩阵，得到M
ECI2ECF
后取逆即为地固系到惯性系的转换矩阵；步骤S123：根据所述惯性系下的指定中心点的位置矢量，通过矢量运算得到卫星到指定中心点的指向矢量，结合所述卫星惯性系下的位置、速度矢量，计算得到轨道系下的指向矢量，通过归一化得到卫星观测指定中心点时刻的轨道系下的单位指向矢量；轨道系到J2000惯性系的坐标转换矩阵M
orb2ECI
如下：式中Y
a
＝(V
sECI
×
R
sECI
)，X
a
＝R
sECI
×
Y
a
，V
sECI
为卫星在惯性系下的速度矢量，R
sECI
为卫星在惯性系下的位置矢量。4.根据权利要求3所述的星上多条带拼接计算方法，其特征在于，在所述步骤S130中：根据卫星观测指定中心点时刻的所述轨道系下的单位指向矢量，计算指定中心点相对轨道坐标系的滚转角，结合卫星载荷幅宽半角，计算相邻条带中心点之间的距离；所述步骤S140包括：
步骤S141：根据指定中心点、方向点的经纬度信息，求解方向点相对于指定中心点的方位角；其中，根据指定中心点A和方向点B的经纬度，设置第三点C构建球面直角三角形，点C的经度为指定中心点经度，纬度为方向点纬度，二面角∠ACB为直角，由于三个点A、B、C的经纬度均已知，通过经纬度转位置矢量计算得到角a、角b、角c，其中，角a即∠BOC，角b即∠AOC，角c即∠AOB；通过以下球面三角形公式得到二面角∠BAC为方向点相对于指定中心点的方位角：sin(a)＝sin(c)sin(∠BAC)步骤S142：根据所述方向点相对于指定中心点的方位角、所述相邻条带中心点之间的距离，计算相邻条带中心点相对指定中心点的方位角。5.根据权利要求4所述的星上多条带拼接计算方法，其特征在于，所述步骤S150包括：步骤S151：根据指定中心点经纬度、指定中心点与相邻条带中心点之间的距离、所述相邻条带中心点相对于指点中心点的方位角，计算相邻条带中心点的经纬度，作为相邻条带中心点位置；步骤S152：根据所述相邻条带中心点的经纬度、指定中心点与方位点之间的距离、方向点相对于指点中心点的方位角，计算相邻条带方向点的经纬度，作为相邻条带方向点位置。6.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：王京士，郑艺裕，宋君强，凌惠祥，王佳雯，黄欣，李鉴，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：