一种任务观测持续时间的确定方法技术

一种任务观测持续时间的确定方法，首先根据卫星轨道数据计算卫星在限定时间段内的轨道位置和速度，以及限定时间段内各时间点卫星指向地面目标各顶点的姿态角，然后根据卫星姿态机动范围计算卫星对目标各顶点的可观测时间窗口，在其中确定当俯仰角为0时，卫星指向目标各顶点的时间，并按先后顺序排序，以此确定任务的开始观测时间及结束观测时间，最后根据开始观测时间及结束观测时间计算出目标的观测持续时间，输出给任务规划系统，进行任务规划与调度。本发明专利技术方法根据观测目标的具体位置，通过确定任务对应星下点的时间，得到任务的观测开始时间和结束时间，计算出较精确的任务观测持续时间，能够满足快速姿态机动成像卫星任务规划的需要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种卫星观测任务的观测时间确定方法。
技术介绍
快速姿态机动成像卫星借助快速姿态机动能力，可实现多种复杂成像模式。与采用星下点成像的传统对地观测卫星相比，快速姿态机动能力大大增加了卫星对目标的观测机会，因而具有更强的观测能力。快速姿态机动成像卫星的每一种成像模式都伴随着多个姿态机动、相机开关机等操作，这些操作形成一个前后连贯的控制指令序列。由于指令繁多，无法保证指令编排和上注的可靠性和指令执行的实时性问题，因此必须建立一套任务规划与调度系统，完成大批量观测任务的自动化分析与处理。任务观测持续时间的确定是快速姿态机动成像卫星任务规划的关键环节。现有的任务规划方法都考虑了任务的观测持续时间，即为了获取指定地面目标图像所需要的扫描时间，这在多篇公开文献中均有描述，但是这些文献都把观测目标简化为点目标，由于点目标的观测持续时间较短，因此卫星观测所需的时间实际上只是一个时间点。考虑到卫星轨道摄动和其他空间环境的影响，以及在时间窗口计算上存在的一些误差，为了使观测活动持续一定时间以确保能获取指定的地面目标图像，通常的做法是将该持续时间设为一个较小的固定值。这种方法实现简单，在卫星任务规划方法研究和软件产品中得到了广泛应用，其不足之处在于没有考虑观测目标之间的差异，设定统一的观测持续时间，对于小目标而言可能太长，而对大目标(如长条带的观测目标)而言，观测时间可能又远远不够，导致某些目标的图像严重冗余，某些目标的图像未完整获取。此外，由于快速姿态机动成像卫星具备多种复杂成像模式，面临的目标大小存在很大差异，涉及点目标、面目标以及长条带目标，并且任务之间姿态机动频繁，耗费的时间也各不相同。如果仍然设定统一的观测持续时间，将影响快速姿态机动成像卫星发挥其高效能的优势，因此需要采用新的计算方法。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了，适用于不同目标的完整观测。本专利技术的技术解决方案是，、步骤如下(1)采用对轨道动力学方程数值积分求解的方法获取限定时间段内卫星在J2000 惯性坐标系下的轨道位置和速度；(2)根据卫星在J2000坐标系下的轨道位置和速度计算限定时间段内各时间点卫星指向地面目标各顶点的姿态角；(3)根据卫星姿态机动范围和步骤(2)得到的限定时间段内各时间点卫星指向地面目标各顶点的姿态角，计算卫星对地面目标各顶点的可观测弧段时间区间k，k = 1，…，N，其中N为目标的顶点数；(4)在步骤(3)得到的各地面目标顶点的可观测弧段时间区间内，采用弦截法计算俯仰角为0时卫星指向地面目标各顶点的时间tpk ；(5)将tpk按照时间先后排序，tpk的最小值和最大值分别作为任务的开始观测时间和结束观测时间，二者的差值即为任务观测持续时间。本专利技术与现有技术相比的优点在于(1)本专利技术方法针对快速姿态机动成像卫星的应用需求，解决了任务观测持续时间难以确定的问题。快速姿态机动成像卫星由于具备多种复杂成像模式，面临的目标大小存在很大差异，并且任务之间姿态机动频繁，耗费的时间各不相同，设定统一的观测持续时间，将影响快速姿态机动成像卫星发挥其高效能的优势。本专利技术方法根据观测目标的具体位置，通过确定任务对应星下点的时间，得到任务的观测开始时间和结束时间，计算出较精确的任务观测持续时间，能够满足快速姿态机动成像卫星任务规划的需要；(2)本专利技术方法采用弦截法作为求解任务的开始观测时间及结束观测时间的核心算法，不仅能求得较精确的解，而且迭代次数少，计算速度快，能够满足大规模优化问题对于算法时间复杂度的约束。附图说明 图1为本专利技术方法的流程框图； 图2为本专利技术可见时间窗口计算流程图； 图3为本专利技术实施例中观测目标的顶点1在[、， 图4为本专利技术实施例中观测目标的顶点2在[、， 图5为本专利技术实施例中观测目标的顶点3在[、， 图6为本专利技术实施例中观测目标的顶点4在[、，tJl tn]2 tn]3 tn] 4间观测俯仰角变化情况间观测俯仰角变化情况间观测俯仰角变化情况间观测俯仰角变化情况c具体实施例方式如图1所示，本专利技术方法的流程主要包括1.计算卫星的位置及速度；2.计算各时间点卫星指向目标各顶点的姿态角；3.确定卫星对目标各顶点的可见时间窗口 ；4.采用弦截法计算俯仰角为0时，卫星指向目标各顶点的时间；5.确定任务的开始观测时间及结束观测时间；6.计算目标的观测持续时间，并输出给任务规划系统。下面对上述步骤进行详细说明1.采用对轨道动力学方程数值积分求解的方法预报限定时间段内卫星在J2000 惯性坐标系下的轨道位置、速度。根据卫星的轨道根数，能够推算出初始时刻J2000惯性坐标系下的轨道位置Rsat、 速度Vsat，再采用Cowell方法求解轨道动力学方程(选用高斯型摄动运动方程)，得到限定时间段内卫星在J2000惯性坐标系下的轨道位置Rsat、速度Vsat。高斯型摄动运动方程及Cowell方法在国防工业出版社出版的《航天器轨道理论》(刘林著)一书中有详细的说明。J2000惯性坐标系定义见参考文献“地球卫星运动中坐标系附加摄动与参考系选择问题”(《空间科学学报》2008年第观卷第2期，作者刘林、汤靖师)。2.根据J2000坐标系下的轨道位置、速度计算限定时间段内各时间点卫星指向地面目标各顶点的姿态角。观测目标可以是点目标或者区域目标。点目标的顶点为其本身，区域目标可以采用多个点目标来描述，用直线依次连接点目标，即得到区域目标，因此这些点目标即为区域目标的顶点。对于每一个顶点，采用下述方法可求得各时间点卫星指向该点的姿态角。下面仅以一个点的计算为例进行说明。已知卫星的轨道位置Rsat、速度Vsat，地面目标点的大地经纬度及协调世界时UTC时间t。首先根据目标点的大地经纬度，计算出t时刻目标点在J2000惯性坐标系下的位置矢量RT,f (t)，然后根据RT,f (t)与卫星t时刻的位置矢量Iisat，得到t时刻卫星指向该目标点的姿态角。具体步骤如下将地面目标点大地经纬度转化为地心经纬度计算公式为 权利要求1. ，其特征在于步骤如下(1)采用对轨道动力学方程数值积分求解的方法获取限定时间段内卫星在J2000惯性坐标系下的轨道位置和速度；(2)根据卫星在J2000坐标系下的轨道位置和速度计算限定时间段内各时间点卫星指向地面目标各顶点的姿态角；(3)根据卫星姿态机动范围和步骤( 得到的限定时间段内各时间点卫星指向地面目标各顶点的姿态角，计算卫星对地面目标各顶点的可观测弧段时间区间k，k = 1，…，N，其中N为目标的顶点数；(4)在步骤C3)得到的各地面目标顶点的可观测弧段时间区间内，采用弦截法计算俯仰角为0时卫星指向地面目标各顶点的时间tpk ；(5)将tpk按照时间先后排序，tpk的最小值和最大值分别作为任务的开始观测时间和结束观测时间，二者的差值即为任务观测持续时间。全文摘要，首先根据卫星轨道数据计算卫星在限定时间段内的轨道位置和速度，以及限定时间段内各时间点卫星指向地面目标各顶点的姿态角，然后根据卫星姿态机动范围计算卫星对目标各顶点的可观测时间窗口，在其中确定当俯仰角为0时，卫星指向目标各顶点的时间，并按先后顺序排序，以此确定任务的开始观测时间及结束观测时间，最后根据开始观测时间及结束观测时间计算出目标的观测本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种任务观测持续时间的确定方法，其特征在于步骤如下：（１）采用对轨道动力学方程数值积分求解的方法获取限定时间段内卫星在Ｊ２０００惯性坐标系下的轨道位置和速度；（２）根据卫星在Ｊ２０００坐标系下的轨道位置和速度计算限定时间段内各时间点卫星指向地面目标各顶点的姿态角；（３）根据卫星姿态机动范围和步骤（２）得到的限定时间段内各时间点卫星指向地面目标各顶点的姿态角，计算卫星对地面目标各顶点的可观测弧段时间区间［ｔ０，ｔｎ］ｋ，ｋ＝１，…，Ｎ，其中Ｎ为目标的顶点数；（４）在步骤（３）得到的各地面目标顶点的可观测弧段时间区间内，采用弦截法计算俯仰角为０时卫星指向地面目标各顶点的时间ｔｐｋ；（５）将ｔｐｋ按照时间先后排序，ｔｐｋ的最小值和最大值分别作为任务的开始观测时间和结束观测时间，二者的差值即为任务观测持续时间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王抒雁，杨芳，阎诚，赵键，孙峻，
申请(专利权)人：航天东方红卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：11