基于粗精姿态关系模型的自旋稳定气象卫星姿态确定方法技术

本发明专利技术涉及一种基于粗精姿态关系模型的自旋稳定气象卫星姿态确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：计算卫星粗姿态；步骤2：消除卫星粗姿态中的随机误差；以及步骤3：利用粗姿态与精姿态关系模型修正粗姿态。本发明专利技术的有益效果为：1、精度高，计算出来的精姿态结果与卫星的实际精姿态基本一致；2、适用性强，在卫星进行了姿轨控后24小时内或在区域观测模式下，无法得到精姿态时，可以使用本方法计算出卫星精姿态来实现观测云图精确定位；3、处理过程清晰，运算量不大，便于实施。

【技术实现步骤摘要】
基于粗精姿态关系模型的自旋稳定气象卫星姿态确定方法
本专利技术属于气象卫星观测图像定位领域，具体涉及一种基于粗精姿态关系模型的自旋稳定气象卫星姿态确定方法。
技术介绍
精确姿态确定是气象卫星观测图像能够精确定位的基础，也是气象卫星观测图像能够得以应用的基础。目前，我国自旋稳定气象卫星依赖于圆盘图像推导出卫星精确姿态参数来对未来24小时的图像定位。这种方法定位准确，已在业务中得到了广泛应用。但这种方法当不收图或收取的圆盘图资料积累不足时无法推导出卫星的精确姿态,也不能实现卫星云图的精确定位。当卫星进行全区域图观测或在卫星进行了姿轨控后48小时内，此时没有圆盘图像或圆盘图像资料太少，卫星精确姿态难以确定。利用卫星遥测值可以计算出卫星的姿态，在实际业务中发现这种通过卫星遥测值计算出来的卫星姿态与卫星实际姿态有一定误差，利用这种姿态给图像定位时会产生图像网格偏移，因此我们把这种利用卫星遥测值计算出来的卫星的姿态称为粗姿态，而通过图像反推出来的卫星姿态称为精姿态。由于自旋稳定气象卫星遥测值是不中断的，在任何时候都可以通过卫星遥测计算出卫星粗姿态。为了提高卫星粗姿态的计算精度，李于衡等很多专家在这方面做了深入的研究。相关研究中指出由于受几何观测条件限制以及测量误差和计算方法不同,姿态确定结果往往不一致。为了消除这种误差，往往都通过研究星上红外地球敏感器对地观测弦宽变化规律,来确定自旋轴与轨道法向夹角与地球测量弦宽关系,推导出遥测数据差分值计算自旋轴与轨道法向夹角的计算公式，由于这种方法可以消除测量数据系统差,精度得到了提高，目前可以很好的满足卫星测控需求。但是这种方法计算出来的姿态仍不能直接用于图像定位，图像定位需要确定每个像素的精确位置。实际业务运行表明，粗姿态和精姿态之间存在一定的关系，如果能够建立一种粗姿态与精姿态的关系模型，则可以在没法计算精姿态时根据粗姿态来准确估算卫星精姿态，从而实现观测图像的定位。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于粗精姿态关系模型的自旋稳定气象卫星姿态确定方法，建立卫星粗姿态与精姿态的关系模型，在卫星没有精姿态时利用关系模型推导出精确的卫星姿态，实现云图精确定位。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现：一种基于粗精姿态关系模型的自旋稳定气象卫星姿态确定方法，包括以下步骤：步骤1：计算卫星粗姿态：解码遥测包，提取卫星遥测数据中的地平仪观测等信息，实现卫星粗姿态计算算法，并输出粗姿态结果，其中，解码遥测是实现遥测获取、遥测格式解码与质量检验功能，它采用的方法是根据遥测帧的帧头同步码和每帧结束部分的和校验值来判断每帧遥测的质量,对于经过质量检验、符合要求的遥测帧，根据遥测格式定义进行解码，然后提取遥测中的多个T值，根据转换公式计算出相应的物理量；粗姿态求解采用的方法是利用卫星遥测中太阳-地球测量信息求解卫星的姿态，通过T值计算出卫星转速，卫星自旋轴与太阳方向的夹角，卫星自旋轴与地心之间的夹角与两面角，然后求解姿态参数；步骤2：消除卫星粗姿态中的随机误差：根据遥测值计算出的卫星粗姿态会受各种因素的影响存在随机误差，采用基于滑动中值的平均复合滤波器来修正卫星粗姿态，通过基于滑动中值的加权平均复合滤波器对异常卫星粗姿态数据进行判别，算法中采用一个m长度的姿态移动窗口，利用m个连续姿态值来确定卫星粗姿态数据的有效性，如果滤波器判定该卫星粗姿态数据有效，则输出；否则，判定该卫星粗姿态数据为异常数据，则用加权均值来修正；步骤3：利用粗姿态与精姿态关系模型修正粗姿态：粗姿态预报卫星姿态部分主要是研究粗姿态与精姿态的关系，并使用粗姿态来计算和预报卫星的姿态；通常卫星精确姿态包括卫星自旋矢量和扫描辐射计的失配参数，卫星粗姿态是卫星平台的姿态，不含卫星扫描辐射计的失配参数。利用历史数据中的精姿态与粗姿态的比较，计算系统误差，使用多项式的最小二乘曲线法拟合变化规律，至此，自旋稳定气象卫星精姿态计算完成。本专利技术的有益效果为：1、精度高，计算出来的精姿态结果与卫星的实际精姿态基本一致；2、适用性强，在卫星进行了姿轨控后24小时内或在区域观测模式下，无法得到精姿态时，可以使用本方法计算出卫星精姿态来实现观测云图精确定位；3、处理过程清晰，运算量不大，便于实施。附图说明下面根据附图对本专利技术作进一步详细说明。图1是本专利技术实施例所述的基于粗精姿态关系模型的自旋稳定气象卫星姿态确定方法的流程图。具体实施方式如图1所示，本专利技术实施例所述的一种基于粗精姿态关系模型的自旋稳定气象卫星姿态确定方法，包括以下步骤：步骤1：计算卫星粗姿态：步骤1.1）：对获得的卫星遥测数据以帧为单位进行质量检验，根据帧头同步码和帧尾校验值来判断每帧卫星遥测数据的质量，帧头和帧尾不符合要求的视为质量不合格，将会被舍弃；步骤1.2）：对于经过步骤1.1的质量检验、符合要求的卫星遥测数据帧，根据卫星遥测数据的格式定义进行解码，把各波道值存入指定数组I；步骤1.3）：从数组I中提取T1至T11的二进制原码值，然后转换成计算卫星粗姿态所需要的物理量P1至P11；步骤1.4）：用P1至P11推导出单位太阳矢量S、地球中心方向单位天底矢量E、卫星自旋轴方向的单位矢量Z，同时根据太阳敏感器测得的自旋轴与太阳夹角θs、地球敏感器测得的自旋轴与天底矢量夹角θe，在赤道惯性坐标系中，由下列姿态方程：可计算出太阳-自旋轴平面与地心-自旋轴平面间的夹角λse；步骤1.5）：根据已知的太阳位置(αs，δs)，由下列公式：可求得卫星粗姿态赤经αe和赤纬δe，其中：==步骤1.6）：根据已知的太阳位置(αs，δs)、卫星轨道倾角i、真近地点角f和升交点赤经Ω，S和E可分别表示为：S=E=因此，卫星的位置为：步骤2：消除卫星粗姿态中的随机误差：所述步骤2通过基于滑动中值的加权平均复合滤波器对异常卫星粗姿态数据进行判别，算法中采用一个m长度的姿态移动窗口，利用m个连续姿态值来确定卫星粗姿态数据的有效性，如果滤波器判定该卫星粗姿态数据有效，则输出；否则，判定该卫星粗姿态数据为异常数据，则用加权均值来修正，其进一步包括：步骤2.1）：假设初始卫星粗姿态数据序列的中值为Z，用卫星粗姿态中值绝对偏差构造序列=，假设序列的中值为D，其中，卫星粗姿态中值绝对偏差Q＝1.4826×D，Q可以代替标准偏差；步骤2.2）：如果卫星粗姿态中值绝对偏差序列中存在k个项的值都大于，，则根据的值把序列拆成与两个序列，其中，，；步骤2.3）：由步骤2.2得到的序列中的值为正常值，此类值不用修正；序列中的值为异常值，需要进行修正，卫星粗姿态数据序列最终修正后的结果为，且满足下列条件：如果，则；如果，则有公式1，如下：步骤2.4）：算法中首先累积初始卫星粗姿态序列，对卫星粗姿态的x、y和z轴分别积累序列、和，当序列积累到长度为m时，根据公式1进行一次修正；步骤2.5）：固定序列长度为m，当有新的粗姿态值计算出来时滑动序列、和，把新计算值放入队尾，而去掉原来队首的一个数据，然后再根据公式1对序列中m个值进行滤波修正。所述基于滑动中值的加权平均复合滤波器的特性可以用窗口宽度m、门限L和修正权值C这三个参数进行调整。其中：m影响滤波器的总一致性；门限参数L直接决定滤波器主动进取程度，L值增大，将判定为奇异数据并用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于粗精姿态关系模型的自旋稳定气象卫星姿态确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：计算卫星粗姿态；步骤2：消除卫星粗姿态中的随机误差；以及步骤3：利用粗姿态与精姿态关系模型修正粗姿态。

【技术特征摘要】
1.一种基于粗精姿态关系模型的自旋稳定气象卫星姿态确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：计算卫星粗姿态；步骤2：消除卫星粗姿态中的随机误差，通过基于滑动中值的加权平均复合滤波器对异常卫星粗姿态数据进行判别，算法中采用一个m长度的姿态移动窗口{x0，x1，...xm-1}，利用m个连续姿态值来确定卫星粗姿态数据的有效性，如果滤波器判定该卫星粗姿态数据有效，则输出；否则，判定该卫星粗姿态数据为异常数据，则用加权均值来修正；以及步骤3：利用粗姿态与精姿态关系模型修正粗姿态，将去除了随机误差的粗姿态与精姿态进行比较，计算系统误差，使用多项式的最小二乘曲线法拟合两种姿态的变化规律。2.根据权利要求1所述的基于粗精姿态关系模型的自旋稳定气象卫星姿态确定方法，其特征在于，所述步骤1进一步包括：步骤1.1)：对获得的卫星遥测数据以帧为单位进行质量检验，根据帧头同步码和帧尾校验值来判断每帧卫星遥测数据的质量，对于不符合要求的卫星遥测数据值视为质量不合格，将其舍弃；步骤1.2)：对于经过步骤1.1的质量检验、符合要求的卫星遥测数据帧，根据卫星遥测数据的格式定义进行解码，把各波道值存入指定数组I；步骤1.3)：从数组I中提取T1至T11的二进制原码值，然后转换成计算卫星粗姿态所需要的物理量P1至P11；步骤1.4)：根据成熟的姿态计算理论，用P1至P11推导出单位太阳矢量S、地球中心方向单位天底矢量E、卫星自旋轴方向的单位矢量Z，同时根据太阳敏感器测得的自旋轴与太阳夹角θs、地球敏感器测得的自旋轴与天底矢量夹角θe，在赤道惯性坐标系中，由下列姿态方程：可计算出太阳-自旋轴平面与地心-自旋轴平面间的夹角λse；步骤1.5)：根据已知的太阳位置(αs，δs)，由下列公式：可求得卫星粗姿态赤经αe和赤纬δe，其中：步骤1.6)：根据已知的太阳位置(αs，δs)、卫星轨道倾角i、真近地点角f和升交点赤经Ω，S和E可分别表示为：因此，卫星的位置为：3.根据权利要求2所述的基于粗精姿态关系模型的自旋稳定气象卫星姿态确定方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤2.1)：假设初始卫星粗姿态数据序列{X0，X1，…，Xm-1}的中值为Z，用卫星粗姿态中值绝对偏差构造序列{d0，d1，...dm-1}＝{|x0-z|，|x1-z|，...，|xm-1-z|}，假设序列{d0，d1，...，dm-1}的中值为D，其中，卫星粗姿态中值绝对偏差Q＝1.4826×D，Q代替标准偏差；步骤2.2)：如果卫星粗姿态中值绝对偏差序列{x(d)}＝{d0，d1，...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏彩英，赵现纲，韩琦，林维夏，张晓虎，程朝晖，陈秀娟，
申请(专利权)人：国家卫星气象中心，
类型：发明
国别省市：