[發明專利]一種衛星對地觀測過頂時刻快速高精度計算方法

在審

• 申請號: 202210332547.6
• 申請日: 2022-03-31
• 公開（公告）號: CN114676580A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 李昭;張天驕;李恒年;伍升鋼;沈紅新;李勇;李建輝;姜春生
• 申請（專利權）人: 中國西安衛星測控中心
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/18;G06F119/12;G06F119/14
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 弓長

本發明的一種衛星對地觀測過頂時刻快速高精度計算方法，計算多個時間點處的衛星軌道根數和星下點與目標點的地面距離；對比相鄰時間點處星下點與目標點的地面距離，得到所有存在地面距離極小值點的區間；在各區間內采用一維搜索算法求解星下點與目標點地面距離的極小值和對應的時刻；若某個區間內的地面距離極小值小于等于衛星對地觀測的等效幅寬，則相應時刻為衛星觀測目標的過頂時刻；對所有過頂時刻按時間先后次序排序，得到指定時段內衛星觀測地面目標的所有過頂時刻；本發明首先查找過頂時刻可能區間，利用一維搜索算法在較小區間內精確獲得過頂時刻，避免了對過頂時刻的大范圍重復搜索計算，具備計算速度快、計算精度高、適應度廣的優點。

技術領域

本發明屬于航天導航技術領域，具體涉及一種衛星對地觀測過頂時刻快速高精度計算方法。

背景技術

在進行衛星對地觀測任務規劃時，需要計算衛星對地面目標的可見弧段，從而決定衛星在哪一弧段內可以對特定地面目標進行觀測，而在可見弧段中衛星對地面目標的過頂時刻，衛星與目標距離最近，觀測效果最好。在通常的多衛星多地面目標觀測任務規劃時，對任一衛星和任一地面目標的均需計算過頂時刻，而衛星和地面目標的組合數常常在數千組量級，這導致過頂時刻計算的效率至關重要；另一方面，因衛星運動速度很快，對某一地面目標的最佳觀測時機稍縱即逝，這導致過頂時刻的計算精度同樣重要。現有衛星對地觀測過頂時刻計算方法要么采用高精度軌道外推模型，從大步長不斷減小到小步長進行搜索，精度高但計算速度很慢；要么采用解析模型進行計算，但與衛星的真實軌道偏差過大，精度不足以用于真實的觀測任務規劃，其結果僅能在衛星軌道初始設計階段作為參考。

發明內容

本發明的目的在于提供一種衛星對地觀測過頂時刻快速高精度計算方法，用于克服現有技術中計算效率和計算精度難以兼顧的問題，在快速完成過頂時刻計算的同時保證高精度。

本發明所采用的技術方案是，一種衛星對地觀測過頂時刻快速高精度計算方法，具體按以下步驟實施：

步驟1，記計算時間區間為[t₀,t_f]，按次序計算并記錄t₀-60s、從t₀至t_f以Δt為間隔的時間點和t_f+60s處的衛星軌道歷元根數E_i及星下點與目標點的地面距離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存在極小值的區間[E_k-1,E_k]；將以上所有區間記為i＝1,2,L,m；

步驟3，選取i＝1,2,L,m，以為軌道初始根數，星下點與目標點地面距離僅與時間相關，采用一維搜索算法求解并記錄區間內星下點與目標點地面距離極小值和對應的時刻

步驟4，選取i＝1,2,L,m，若小于等于衛星對地觀測的等效半幅寬W_eq，則時刻為衛星可觀測目標的過頂時刻，記所有可觀測過頂時刻為j＝1,2,L,s；

步驟5，按時間先后次序對j＝1,2,L,s進行排序，獲得按時間排序的衛星對地面目標觀測過頂時刻k＝1,2,L,s。

本發明的特點還在于：