[發明專利]一種基于指向姿態的敏捷衛星觀測目標條帶分割方法

有效

• 申請號: 201410120478.8
• 申請日: 2014-03-27
• 公開（公告）號: CN103927744B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 謝松;于文進;劉思遠;楊芳
• 申請（專利權）人: 航天東方紅衛星有限公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G01C11/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明屬于衛星地面任務管理與自主任務管理領域，涉及光學遙感衛星觀測任務預處理技術，針對推掃成像式敏捷光學遙感衛星的工作模式，基于相機指向觀測目標時衛星姿態的計算方法，提出了一種將任意形狀觀測目標劃分為基本觀測條帶的算法，可用于敏捷光學衛星地面任務規劃系統和自主任務規劃系統設計與實現。

背景技術

遙感衛星在軌應用階段需要對大量觀測目標進行成像。由于遙感衛星的規劃調度問題具有很高的計算復雜度，目前遙感衛星的地面應用部門普遍采用任務規劃技術對遙感衛星資源進行調度。任務預處理是遙感衛星規劃調度的一個重要環節，其目的是根據衛星軌道、載荷視場等參數，將用戶輸入的具有不規則幾何特征的觀測目標分割為一個或多個可一次觀測覆蓋的條帶，以便于對各條帶的觀測活動進行編排。

敏捷光學遙感衛星是一類具有繞任意軸大角度快速姿態機動能力的衛星，可通過俯仰和側擺方向的姿態機動，實現對星下點軌跡兩側大范圍區域的多模式成像。由于敏捷光學遙感衛星通常采用分辨率為米級至亞米級的高分辨率相機，相機視場角通常較小，因此對于觀測目標預處理的精度要求也比較高。

目前地面任務規劃系統采用以星下點軌跡平行線為基準的方法對觀測目標進行分割，其基本的流程是：首先構造一組觀測目標臨近地區的星下點軌跡近似“平行線”，每條“平行線”為一組離散的經緯度點構成的折線，第一條和最后一條“平行線”與觀測區域兩側對齊，“平行線”間距為相機幅寬乘以一定的比率，以滿足條帶拼接時的重疊度以及誤差要求，最后根據平行線對條帶區域的切割情況計算出各條帶4個頂點的經緯度坐標。該算法一方面在建立計算模型是進行了大量假設和近似處理，因此計算精度方面存在一定的不足。由于星下點軌跡實際上是一條球面曲線，并不存在“平行線”，并且該算法沒有考慮地球扁率對條帶劃分結果的影響，因此該算法誤差較大，如果用于敏捷衛星的任務規劃，需要引入較大的余量來彌補計算精度的不足，必然帶來衛星應用效能的降低。另一方面，由于該算法需要通過計算一系列的經緯度點構建若干條“平行線”，計算的復雜度較高，難以在計算能力有限的星載計算機中實現，在衛星自主管理技術領域的應用受到了限制。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，針對敏捷衛星任務規劃對觀測目標分割的需求，提供了一種基于指向姿態的敏捷衛星觀測目標條帶分割方法，解決了現有方法條帶分割精度不足、計算復雜度較高、在衛星自主管理技術領域的應用受限的問題。

本發明的技術解決方案是：

一種基于指向姿態的敏捷衛星觀測目標條帶分割方法，步驟如下：

1）設t_r時刻衛星指向待測目標點T時，衛星的觀測俯仰角θ為0，觀測滾動角為定義t_r為標稱觀測時刻，為標稱側擺角，并計算獲得標稱觀測時刻t_r和標稱側擺角

11）建立待測目標點T在J2000坐標系下位置與觀測時間的關系方程T＝L_ei^TT_e，上標T表示矩陣轉置；其中L_ei為J2000坐標系到WGS84坐標系的坐標轉換矩陣，T_e為待測目標點T在WGS84坐標系下的位置；

12）根據當圈整秒時刻t_i對應的衛星在J2000坐標系下軌道位置矢量R_ECI(t_i)，計算獲得各軌道位置與觀測目標點的距離(i＝0,1…N)；在中搜索得到最小點，記為初步標稱觀測時刻t_re，初步標稱觀測時刻t_re對應的衛星位置記為標稱觀測位置R_ECI(t_re)；

13）建立衛星的觀測俯仰角θ與觀測時刻t的函數關系θ(t)；

131）計算獲得J2000坐標下衛星指向待測目標點T的矢量ST_i＝L_ei^TT_e-R_ECI，并轉換到軌道系表示為ST_o＝L_oi×ST_i，其中L_oi為J2000坐標系到軌道坐標系的轉換矩陣；