[发明专利]奔月段紫外敏感器地月拍图时间预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种奔月段采用紫外敏感器进行地月拍图时间预测的方法，属光学成像姿态敏感器领域。

背景技术

随着成像探测器件以及处理器技术的快速进步，航天器姿态敏感器逐渐由单元扫描式向成像式发展，紫外敏感器就是一种有别于传统地平仪的大视场成像式姿态敏感器。

紫外敏感器具备奔月段获取紫外地球、紫外月球图像的能力，不仅在科学数据上重要价值而且利用获取的地月图像信息并配合惯性姿态对于实现自主导航有重要价值。

首先紫外敏感器具有特殊的组合式视场分布，形成分瓣的天球覆盖，因此需要分析紫外敏感器视场模型；另外地球、月球属于反射太阳光成像，拍摄条件还需要有一定的太阳、地球/月球、卫星位置需求；还有，在不影响卫星运动模式状态下拍摄需要对卫星的下一步运动以及姿态变化进行预测，当然月球/地球出现在视场内的时间较短需要拍摄点时刻的准确预测才能实现地球/月球的成像。

紫外敏感器本身是一项全新的成像式姿态敏感器，本专利内容是在紫外敏感器基础上进行的扩展应用研究。此外，奔月段利用紫外敏感器进行月球/地球拍摄技术验证也是一项新任务，并经过了在轨飞行试验。利用紫外敏感器对月球/地球拍摄时间的准确预测算法均未见国内外报道。

国外科技动态[J]，2006年第9期，“欧洲第一个月球探测飞船智慧1号”中讲到Smart-1利用高精度相机在奔月段对月球进行成像，但没有具体说明弧段选择准则、最佳拍摄时刻的预测方式方法。

A elfving，L Stagnearo，A Winton，SMART-1：Key technologies andautonomy implementations.Acta Astronautic 52(2003)中介绍了用于奔月段月球拍摄相机的情况，不足在未说明拍摄弧段、最佳拍摄时间的选择方法。

美国专利US5319969，名称“Method for determining 3-axis spacecraftattitude”中介绍了一种利用紫外谱段姿态敏感器的三轴姿态确定方法，其中未涉及奔月段的拍摄预测问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种奔月段紫外敏感器地月拍图时间预测方法，该方法根据预测结果地面发送指令在最佳时刻拍摄地月紫外图像，达到不改变卫星运动模式实现对地球/月球的拍摄。

本发明的技术解决方案是：奔月段紫外敏感器地月拍图时间预测方法，包括下列步骤：

(1)根据标称轨道、卫星本体系内太阳矢量和月心矢量进行光照分析，选择满足地月拍摄光照条件的轨道弧段；

(2)按照预先设计的卫星姿态运动获得满足步骤(1)中的轨道弧段位置下的地球/月心矢量集，判断所述矢量集中是否有矢量存在于紫外敏感器视场区域内，选择满足紫外敏感器视场区域内的轨道弧段；

(3)将同时满足步骤(1)和步骤(2)的轨道位置作为拍摄可选轨道，卫星发射后在所述的可选轨道到来之前，输入所述可选轨道对应的预测轨道位置、可选轨道之前某一时刻姿态矩阵、日月地星历及卫星姿态运动模型；计算预测时间段内的姿态矩阵、月心/地心矢量，并做出月心/地心矢量与视场中心矢量夹角随时间变化的曲线，由曲线与紫外敏感器视场大小得到连续的地球/月球可见时间范围[t₁～t₂]，根据得到的连续可见时间范围计算最佳时刻。

所述步骤(1)中的光照分析过程为：计算太阳矢量V_S与月心矢量V_M或地心矢量V_E之间的夹角，计算公式为：

                   ＝acos(V_S·V_i)，

当＞_T，认为此轨道位置下满足地月拍摄光照条件获得较好月相；其中，V_i代表月心矢量V_M或地心矢量V_E；

_T为夹角阈值，大小根据拍摄需求确定。

所述步骤(3)中姿态矩阵的计算公式为：

                      C_t＝R_t·C₀

其中，R_t为姿态变换矩阵，根据卫星姿态运动模型确定；

      C₀为输入的某一时刻姿态矩阵。

所述步骤(3)中计算月心/地心矢量公式为：