[發(fā)明專利]一種敏捷衛(wèi)星非沿跡曲線成像的姿態(tài)軌跡規(guī)劃方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010794121.3
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN112208795B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范國偉;張劉;章家保;王文華;朱楊;張帆;宋瑩;趙寰宇
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: G06F30/00
• 分類號: G06F30/00;G05D1/08;B64G1/24
• 代理公司: 北京中理通專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11633
• 代理人: 劉慧宇

一種敏捷衛(wèi)星非沿跡曲線成像的姿態(tài)軌跡規(guī)劃方法，涉及衛(wèi)星姿態(tài)控制領(lǐng)域，本發(fā)明從整星姿態(tài)調(diào)偏流的角度，根據(jù)地物目標(biāo)點(diǎn)與衛(wèi)星位置的幾何關(guān)系及坐標(biāo)變換原理，進(jìn)行衛(wèi)星在軌對地面非沿跡曲線條帶中若干特征目標(biāo)點(diǎn)成像時(shí)精確指向的三軸姿態(tài)計(jì)算。以此姿態(tài)指向?yàn)榧s束，基于建立的敏捷衛(wèi)星控制模型，采用偽譜法設(shè)計(jì)非沿跡曲線成像精確指向的姿態(tài)最優(yōu)軌跡。本發(fā)明適用于地面成像目標(biāo)條帶與星下點(diǎn)軌跡不平行的情況。本發(fā)明方法可為衛(wèi)星對地面曲線成像目標(biāo)條帶的一次過境獲取提供三軸姿態(tài)信息參考值，為姿態(tài)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星姿態(tài)控制領(lǐng)域，具體涉及一種敏捷衛(wèi)星非沿跡曲線成像的姿態(tài)軌跡規(guī)劃方法，適用于地面成像目標(biāo)條帶與星下點(diǎn)軌跡不平行的情況。本發(fā)明方法可為衛(wèi)星對地面曲線成像目標(biāo)條帶的一次過境獲取提供三軸姿態(tài)信息參考值，為姿態(tài)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

背景技術(shù)

近年來，光學(xué)遙感衛(wèi)星已成功應(yīng)用于我國國土資源、水利、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、住房與城鄉(xiāng)建設(shè)、環(huán)境、減災(zāi)、測繪、海洋等多領(lǐng)域的業(yè)務(wù)化應(yīng)用，衛(wèi)星平臺敏捷性及載荷的分辨率等指標(biāo)都在逐步攀升。但在具體工作模式上，傳統(tǒng)光學(xué)遙感衛(wèi)星在完成指定觀測目標(biāo)時(shí)可選的成像模式十分有限。

傳統(tǒng)光學(xué)遙感衛(wèi)星只能沿軌跡在星下點(diǎn)被動推掃成像，或在滾動/俯仰方向進(jìn)行側(cè)擺/前后擺來完成對沿跡條帶目標(biāo)的被動式推掃成像。三種成像模式都是以在軌道運(yùn)行的方向上以固定的姿態(tài)角成像，無論進(jìn)行了滾動或是俯仰機(jī)動，都是被動推掃，即成像的過程中光軸與地面的夾角是固定的，國外代表性的對地遙感光學(xué)衛(wèi)星如WorldView系列、Pleiades、Quickbird等，以及國內(nèi)代表性的高分系列衛(wèi)星、吉林一號組星、高景一號與歐比特系列衛(wèi)星等。受限于衛(wèi)星平臺的機(jī)動能力，兩次成像任務(wù)之間的姿態(tài)切換時(shí)所需的時(shí)間很長，導(dǎo)致衛(wèi)星在有限的陽照區(qū)時(shí)段內(nèi)只能完成對少數(shù)幾個(gè)條帶目標(biāo)的成像，衛(wèi)星在軌應(yīng)用效能受限。

非沿跡曲線成像是一種沿著地面成像目標(biāo)分布進(jìn)行一次過境主動推掃的成像模式。這種成像方式可以滿足海岸線、江河沿線、邊境線等復(fù)雜形狀目標(biāo)的靈活快速成像要求。當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)行非沿跡曲線成像時(shí)，需要衛(wèi)星在軌實(shí)時(shí)調(diào)整光軸，使得衛(wèi)星的成像條帶可以與星下點(diǎn)軌跡呈一定的角度。該成像技術(shù)對非沿航跡方向的狹長地物目標(biāo)具有很好的時(shí)效性，同時(shí)可以利用衛(wèi)星姿態(tài)的機(jī)動來實(shí)現(xiàn)大幅寬與高分辨率的矛盾，提高成像質(zhì)量和衛(wèi)星在軌應(yīng)用效能，具有重要的應(yīng)用前景。

現(xiàn)有的非沿跡主動推掃成像多針對不同類型的非沿跡成像模式開展相關(guān)研究，如單軸姿態(tài)機(jī)動的非沿跡成像、多段線性拼接形式的非沿跡成像模式等。這些成像模式相比于本專利的非沿跡曲線成像，其所能觀測的地面范圍有限，并不是真正意義上的沿跡成像，在軌應(yīng)用效能受到一定的限制。

非沿跡曲線成像需要衛(wèi)星姿態(tài)在敏捷機(jī)動過程中沿地面成像條帶進(jìn)行主動推掃成像，這種復(fù)雜的耦合運(yùn)動(軌道運(yùn)動、地球自轉(zhuǎn)、成像時(shí)推掃引起的主動姿態(tài)變動)需要衛(wèi)星的成像模型精準(zhǔn)、姿態(tài)規(guī)劃準(zhǔn)確、跟蹤控制能力強(qiáng)。尤其在對非沿跡地面曲線狀目標(biāo)條帶成像的姿態(tài)規(guī)劃方法研究方面，如何獲得滿足衛(wèi)星姿態(tài)動力學(xué)及運(yùn)動學(xué)約束、在軌可實(shí)現(xiàn)的姿態(tài)軌跡規(guī)劃方法有待深入研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于優(yōu)化控制思想的非沿跡成像姿態(tài)軌跡規(guī)劃方法。從整星姿態(tài)調(diào)偏流的角度，根據(jù)地物目標(biāo)點(diǎn)與衛(wèi)星位置的幾何關(guān)系及坐標(biāo)變換原理，進(jìn)行衛(wèi)星在軌對地面非沿跡曲線條帶中若干特征目標(biāo)點(diǎn)成像時(shí)精確指向的三軸姿態(tài)計(jì)算。以此姿態(tài)指向?yàn)榧s束，基于建立的敏捷衛(wèi)星控制模型，采用偽譜法設(shè)計(jì)非沿跡曲線成像精確指向的姿態(tài)最優(yōu)軌跡。

一種敏捷衛(wèi)星非沿跡曲線成像的姿態(tài)軌跡規(guī)劃方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一、根據(jù)地面非沿跡曲線條帶中若干成像特征目標(biāo)點(diǎn)Target_i的地理位置及衛(wèi)星運(yùn)行的軌道，分別確定衛(wèi)星對若干成像特征目標(biāo)點(diǎn)的成像時(shí)刻T_i及對應(yīng)成像時(shí)刻的衛(wèi)星星下點(diǎn)位置P_i，所述i＝1,2,...,n；