[發(fā)明專利]一種衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)過(guò)頂時(shí)刻快速高精度計(jì)算方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210332547.6
• 申請(qǐng)日: 2022-03-31
• 公開（公告）號(hào): CN114676580A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李昭;張?zhí)祢?/a>;李恒年;伍升鋼;沈紅新;李勇;李建輝;姜春生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)西安衛(wèi)星測(cè)控中心
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F17/18;G06F119/12;G06F119/14
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 弓長(zhǎng)

1.一種衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)過(guò)頂時(shí)刻快速高精度計(jì)算方法，其特征在于，具體按以下步驟實(shí)施：

步驟1，記計(jì)算時(shí)間區(qū)間為[t₀,t_f]，按次序計(jì)算并記錄t₀-60s、從t₀至t_f以Δt為間隔的時(shí)間點(diǎn)和t_f+60s處的衛(wèi)星軌道歷元根數(shù)E_i及星下點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)的地面距離L_i，i＝1,2,L,n；

步驟2，選取k＝2,3,L,n-1，若L_k-1＞L_k＜L_k+1，記錄L存在極小值的區(qū)間[E_k-1,E_k+1]，若t_k-1＜t₀，用E_k代替E_k-1，若t_k+1＞t_f，用E_k代替E_k+1；選取k＝3,4,L,n-1，若L_k-1＝L_k且L_k-1≤L_k-2且L_k≤L_k+1，記錄L存在極小值的區(qū)間[E_k-1,E_k]；將以上所有區(qū)間記為

步驟3，選取i＝1,2,L,m，以為軌道初始根數(shù)，星下點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)地面距離僅與時(shí)間相關(guān)，采用一維搜索算法求解并記錄區(qū)間內(nèi)星下點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)地面距離極小值和對(duì)應(yīng)的時(shí)刻

步驟4，選取i＝1,2,L,m，若小于等于衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)的等效半幅寬W_eq，則時(shí)刻為衛(wèi)星可觀測(cè)目標(biāo)的過(guò)頂時(shí)刻，記所有可觀測(cè)過(guò)頂時(shí)刻為

步驟5，按時(shí)間先后次序?qū)M(jìn)行排序，獲得按時(shí)間排序的衛(wèi)星對(duì)地面目標(biāo)觀測(cè)過(guò)頂時(shí)刻

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)過(guò)頂時(shí)刻快速高精度計(jì)算方法，其特征在于，所述Δt范圍為0＜Δt≤P/2，P為衛(wèi)星軌道周期，優(yōu)選的，對(duì)于高精確動(dòng)力學(xué)模型，為減少后續(xù)局部?jī)?yōu)化時(shí)的軌道外推耗時(shí)，Δt取為1分鐘，對(duì)于簡(jiǎn)化動(dòng)力學(xué)模型，軌道外推耗時(shí)很少，為減少時(shí)間點(diǎn)個(gè)數(shù)，Δt取為P/2。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)過(guò)頂時(shí)刻快速高精度計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟1中計(jì)算并記錄t₀-60s、從t₀至t_f以Δt為間隔的時(shí)間點(diǎn)和t_f+60s處的衛(wèi)星軌道根數(shù)和星下點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)的地面距離的具體過(guò)程如下：

計(jì)算各時(shí)間點(diǎn)處衛(wèi)星軌道根數(shù)時(shí)采用高精度動(dòng)力學(xué)模型，如式(1)所示：

式中，r為衛(wèi)星矢徑，μ為地球引力常數(shù)，a_perturbed為包括地球非球形攝動(dòng)、大氣阻力攝動(dòng)、第三體引力攝動(dòng)和光壓力攝動(dòng)等在內(nèi)的總攝動(dòng)加速度；

衛(wèi)星星下點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)的地面距離計(jì)算方法如式(6)所示：

式中，L為衛(wèi)星星下點(diǎn)與目標(biāo)的地面距離，R_e為地球半徑，r_satellite為地心到衛(wèi)星的矢徑，r_target為地心到目標(biāo)點(diǎn)的矢徑。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)過(guò)頂時(shí)刻快速高精度計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟1中計(jì)算各時(shí)間點(diǎn)處衛(wèi)星軌道根數(shù)時(shí)，若精度要求適中的環(huán)境，為獲得更快的計(jì)算速度，采用僅考慮J₂項(xiàng)攝動(dòng)的平均軌道運(yùn)動(dòng)模型，如式(2)所示：

式中，a為軌道半長(zhǎng)軸，e為偏心率，incl為軌道傾角，Ω為升交點(diǎn)赤經(jīng)，ω為近地點(diǎn)幅角，M為平近點(diǎn)角，t為時(shí)刻，t₀為初始時(shí)刻，按式(3)計(jì)算，按照式(4)計(jì)算，按照式(5)計(jì)算：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)過(guò)頂時(shí)刻快速高精度計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟3中的一維搜索算法為黃金分割法，衛(wèi)星軌道外推采用的動(dòng)力學(xué)模型與所述步驟1相同。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)過(guò)頂時(shí)刻快速高精度計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟4中計(jì)算衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)的等效半幅寬的計(jì)算過(guò)程如下：

式中，W_sensor為無(wú)側(cè)擺時(shí)衛(wèi)星的敏感器幅寬，θ_swath為衛(wèi)星敏感器半幅寬對(duì)應(yīng)的地心角，r為地心距，R_e為地球半徑，c為衛(wèi)星至敏感器幅寬地面邊界的距離，β_swath為衛(wèi)星敏感器視場(chǎng)對(duì)應(yīng)的半錐角，為衛(wèi)星的最大側(cè)擺角，β為考慮衛(wèi)星側(cè)擺后的等效視場(chǎng)半錐角，W_eq為衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)的等效半幅寬。