[發明專利]一種基于星載AIS實時信息引導的星上自主成像方法

有效

• 申請號: 201811280751.8
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109507665B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 麻麗香;張玥;張慶君;朱宇;劉亞東;劉書豪;何德華;梁健
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

1.一種基于星載AIS實時信息引導的星上自主成像方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)捕獲并確認需觀測的艦船目標；

(2)確定衛星觀測時刻和觀測區域；

(3)計算衛星對船只的觀測姿態；

(4)調整衛星姿態，確定SAR載荷可進行成像工作；

所述步驟(1)的具體過程為：星載AIS接收系統接收艦船的AIS實時信息，實時提取AIS報文數據里的艦船信息，包括艦船身份、艦船位置、艦船航向航速信息，利用艦船身份完成目標識別，識別完成時刻記為初始時刻T0；

所述步驟(2)的具體過程為：

由艦船當前位置坐標和衛星當前位置坐標，確定艦船目標相對于衛星的相對空間位置，同時結合衛星速度和艦船的速度，初步計算衛星飛臨目標上空的時刻，該時刻記為T1；SAR載荷在飛臨目標之前的就進入觀測區域開始工作，進入觀測區域的時刻記為T2；

所述T1的計算方法如下：

衛星捕獲識別艦船目標的T0時刻，此時艦船在地固系下的位置為(P_0船)_ECF，速度為(V_0船)_ECF；記衛星在地固系下的位置為(P_0星)_ECF，速度為(V_0星)_ECF；

41)選擇[T0,T0+Δ]作為數值預報時段，Δ表示增量值，根據軌道特性選取；

42)選取足夠小步長step，并將時段[T0,T0+Δ]離散為時間點集，記為T＝{t_i|i＝1,…，n}，其中n＝floor(Δ/step)，floor(*)為實數取整運算；

43)根據T0時刻的衛星位置與速度，預報各時刻衛星位置與速度{(P_i星)ECF|i＝1,…，n}；

44)根據T0時刻的船只位置與速度，預報各時刻船只的位置與速度{(P_i船)_ECF|i＝1,…，n}；船只按勻速運動處理，即

(P_i船)_ECF＝(P_0船)_ECF+(V_0船)_ECF(t_i-t₀)

45)計算各時刻衛星與船只的相對距離，記為{D_i星船|i＝1,…，n}，D_i星船為ti時刻衛星與船只的距離，公式為

D_i星船＝||(P_i星)_ECF-(P_i船)_ECF||

其中||*||為范數運算；

46)取{D_i星船|i＝1,…，n}中的最小值，該最小值對應的時刻點即為T1；

所述步驟(3)的具體過程為：根據衛星和目標的位置及速度信息，計算SAR載荷成像姿態信息，獲得衛星成像時的波束指向，并確定衛星的橫滾、偏航、俯仰三軸觀測姿態；

確定衛星的橫滾、偏航、俯仰三軸觀測姿態時，衛星相對軌道坐標系的姿態歐拉角的計算方法為：歐拉角按123轉序定義；

31)計算船只相對衛星的矢量方向，并在地固系下表示，記為(R)_ECF：

32)將(R)_ECF轉換到衛星軌道坐標系下，得到(R)_orbit：

其中為慣性系至軌道系的坐標轉換矩陣；為地固系至慣性系的坐標轉換矩陣；

33)記(R)_orbit的三個坐標分量分別為rx、ry、rz，則可計算衛星所需的姿態歐拉角為

β＝arcsin(r_x)

γ＝0

其中α為滾動角，β為俯仰角，γ為偏航角；

所述步驟(4)的具體過程為：

按照α、β和γ三個姿態參數進行衛星姿態的調整，具備SAR成像波束指向能力，確定SAR載荷根據預先設計的成像程序進入SAR成像工作模式。

2.根據權利要求1所述的一種基于星載AIS實時信息引導的星上自主成像方法，其特征在于：所述T2的計算方法如下：T1時刻后艦船的位置即確定為觀測場景的中心，目標沿x軸的前后20公里可確認為觀測區域，即為觀測區域S，由成像模式確定觀測起始時刻，記為T2。