[發明專利]一種適用于敏捷對地觀測衛星的偏流角仿真分析方法

有效

• 申請號: 201710594934.6
• 申請日: 2017-07-20
• 公開（公告）號: CN107525492B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 陳雄姿;謝松;王抒雁;黃鎬;于靈慧;王超倫
• 申請（專利權）人: 航天東方紅衛星有限公司
• 主分類號: G01C11/02
• 分類號: G01C11/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

本發明涉及一種適用于敏捷對地觀測衛星的偏流角仿真分析方法，步驟為：(1)、使用STK軟件生成對應時刻的衛星位置矢量、速度矢量和軌道瞬根數；(2)、基于衛星的目標滾動角、目標俯仰角以及步驟(1)得到的位置矢量和速度矢量計算相機光軸在赤道慣性坐標系的單位矢量；(3)、基于步驟(1)的位置矢量和步驟(2)獲得的相機光軸單位矢量，計算赤道慣性坐標系下地心到攝影點的矢量；(4)、基于步驟(1)、步驟(2)和步驟(3)的結果計算偏流角。本發明方法可用于在地面測試中對敏捷對地觀測衛星偏流角的計算準確度進行分析和驗證。

技術領域

本發明屬于光學遙感衛星總體設計領域，涉及一種適用于敏捷對地觀測衛星的偏流角仿真分析方法。

背景技術

光學遙感衛星上的空間相機對地面目標攝影時，由于地球本身自轉，使得目標點和相機之間會存在相對運動，即產生相機像移。像移會導致圖像模糊，影響成像質量，因此必須對像移進行補償，而偏流角是像移補償過程中需要考慮的一個重要因素。

偏流角是像移補償系統移動方向和像移速度方向之間的夾角。對于當前廣泛應用的TDICCD光學遙感衛星，偏流角是TDICCD列方向和像移速度方向的夾角。通過適當的方式(如衛星姿態偏航控制)旋轉像平面，使得像移補償系統移動方向和像移速度方向重合的過程稱為偏航角控制。

偏流角計算的準確度直接關系到偏流角控制的精度，進而影響衛星的成像質量。敏捷衛星可繞滾動軸、俯仰軸或者滾動-俯仰雙軸進行姿態機動以改變成像姿態，姿態機動將使得像面的空間方位發生變化，偏流角也將隨著改變。現有的敏捷衛星偏流角計算方法一般假設地球為一個理想的球體，不考慮地球橢率對計算結果的影響(景泉.敏捷衛星偏流角計算模型研究.航天器工程,2012,21(4):16-20；黃敏,葛玉君,楊芳等.敏捷衛星姿態對像移速度與偏流角的影響.航天器工程,2015,24(3):34-39)。在衛星以大角度姿態成像時，這些方法計算的偏流角與實際值可能會存在較大的偏差。另外，偏流角計算準確度還受衛星軌道位置精度、姿態控制精度等因素的影響。在敏捷衛星地面整星測試過程中，尚缺少一種對星上偏流角的計算準確度進行分析和驗證的有效方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種適用于敏捷對地觀測衛星的偏流角仿真分析方法，該方法考慮了相機光軸指向、地球橢率、衛星軌道位置精度和姿態控制精度等因素對偏流角的影響，顯著提高了偏流角的計算精度，滿足地面整星測試階段驗證星上偏流角計算準確度的需求。

本發明的上述目的主要是通過如下技術方案予以實現的：

一種適用于敏捷對地觀測衛星的偏流角仿真分析方法，包括以下步驟：

(1)、生成偏流角測試時段內等間隔步長的衛星位置矢量r、速度矢量v和軌道瞬根數(a,e,f)，其中：a為軌道半長軸，e為軌道偏心率，f為真近點角；

(2)、根據衛星的目標滾動角目標俯仰角θ和步驟(1)得到的位置矢量r和速度矢量v，計算相機光軸在赤道慣性坐標系的單位矢量σ；

(3)、根據所述衛星位置矢量r和步驟(2)得到的相機光軸在赤道慣性坐標系的單位矢量σ，計算赤道慣性坐標系下地心到攝影點P的矢量R_P；

(4)、根據步驟(3)得到的地心到攝影點P的矢量R_P以及軌道瞬根數(a,e,f)計算對地觀測衛星的偏流角Φ_P。

在上述適用于敏捷對地觀測衛星的偏流角仿真分析方法中，所述步驟(1)中使用STK軟件在HPOP模式下生成偏流角測試時段內等間隔步長的衛星位置矢量r、速度矢量v和軌道瞬根數(a,e,f)。

在上述適用于敏捷對地觀測衛星的偏流角仿真分析方法中，所述步驟(2)中計算相機光軸在赤道慣性坐標系的單位矢量σ的具體方法如下：