[发明专利]遥感卫星姿态机动时偏流修正角的仿真分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用仿真分析获取卫星姿态机动时星上偏流修正角度的方法。

背景技术

偏流角的定义源自于航空术语，其定义是存在侧风时，飞机的实际航迹与飞机的航向不一致，航向线与航迹线的夹角，称为偏流角。在卫星绕地球运转时，由于地球自转会使得地球表面的物体存在一个沿地球自传角速度方向的牵连速度，此时的相机相对被摄景物的移动方向(航迹线)与相机运动的投影线速度方向(航向线)不一致，也称为偏流角。

偏流修正角的定义源于具有姿态机动能力的卫星，在卫星进行俯仰以及侧摆机动时，为了保证卫星在调整姿态修正偏流角的过程中卫星的目标指向(沿卫星Z_B轴方向)不变，仅通过调整绕卫星Z_B轴转动来进行偏流角修正，因此这个绕Z_B轴转动的角度就与实际计算所得到摄影点的偏流角存在一定的偏差，定义这个绕Z_B轴转动的角度为偏流修正角以示区别。这里的Z_B轴属于卫星本体坐标系(O_BX_BY_BZ_B)，卫星本体坐标系的原点O_B在对接环下端框星箭对接面中心，对接环的轴心线为卫星X_B轴，由原点指向载荷舱方向为正，卫星Z_B轴为平行于短隔板方向，以对地传感器安装侧为正，Y_B轴平行于长隔板方向，垂直于X_B轴和Z_B轴且遵循右手定则与X_B轴、Z_B轴构成直角坐标系。

对于空间进行成像的传感器，尤其是在TDICCD等技术应用于卫星上后，卫星任务中对地面目标与卫星的相对运动就有了严格要求，卫星绕轴线较小的旋转角度对信息的获取将产生不可忽略的影响。特别是对于TDICCD，其图像传感器与一般线阵CCD相比，外形是一个线阵CCD器件，但它的结构像一个面阵器件，其成像原理类似多次曝光，因此要求同一列上的每一个像元都对同一目标曝光积分，才能保证输出的图像质量。如果不进行偏流角控制，将在像面产生横向像移，使得同一列的像元在多次积分的过程中，看到的不是同一目标。这种像移将导致成像质量的降低，因此需要在星上对偏流角进行修正。

随着TDICCD遥感卫星成像分辨率和成像质量要求的提高，在卫星上进行精确的偏流角修正已经逐渐成为一种必然任务，而对星上偏流角分析算法进行验证也就成为了TDICCD遥感卫星总体的工作。在地面对卫星偏流修正角进行高精度的计算不但能够在卫星设计以及工厂测试阶段对卫星的星上偏流角实时计算精度进行验证，对其在轨成像性能影响进行预估，还能够在卫星入轨后用于验证星上图像影响因素的来源，为更好保障图像成像质量提供最直接的支持。

在传统偏流角的分析方法中，均使用几何分析和公式推导进行计算，这种方式最大的缺点就是依赖于过多的假设，因此直接导致计算精度不足，只能作为定性的分析，无法使用这种低精度的结果来验证星上算法的正确性和精度。而且随着卫星俯仰姿态机动能力的使用，采用几何分析的方法的推导过程复杂、精度偏低的特点就更加显现出来。偏流角的修正精度与成像质量有着紧密的联系，因而传统的定性分析的方式在卫星的成像链路设计验证过程中形成了一个不受控的漏洞，不利于从系统的角度定量的把握卫星在轨成像质量。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于高精度模型、使用数值计算方法、对TDICCD遥感卫星的俯仰侧摆姿态机动适应能力强的姿态机动时偏流修正角的仿真分析方法。

本发明的技术解决方案是：遥感卫星姿态机动时偏流修正角的仿真分析方法，步骤如下：

(1)使用仿真工具建立卫星和星上传感器，设置卫星姿态和传感器参数；

(2)在所给定的时间周期内获取传感器视轴与地球模型交点的经纬度；

(3)根据步骤(2)获取的经纬度在地球模型上依次建立特征点；

(4)获取每个特征点在当前时间点和下一个时间点的J2000坐标系下的坐标；

(5)在J2000坐标系下，计算当前特征点在下一个时间点的坐标相对于当前特征点在当前时间点坐标的微分，获取当前特征点在当前时间的J2000坐标系中的牵连速度矢量；

(6)在J2000坐标系下，计算当前特征点在当前时间点的坐标相对于下一特征点在下一时间点坐标的微分，获取当前特征点在J2000坐标系中相对于卫星的运动速度矢量；