[发明专利]一种基于指向姿态的敏捷卫星观测目标条带分割方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星地面任务管理与自主任务管理领域，涉及光学遥感卫星观测任务预处理技术，针对推扫成像式敏捷光学遥感卫星的工作模式，基于相机指向观测目标时卫星姿态的计算方法，提出了一种将任意形状观测目标划分为基本观测条带的算法，可用于敏捷光学卫星地面任务规划系统和自主任务规划系统设计与实现。

背景技术

遥感卫星在轨应用阶段需要对大量观测目标进行成像。由于遥感卫星的规划调度问题具有很高的计算复杂度，目前遥感卫星的地面应用部门普遍采用任务规划技术对遥感卫星资源进行调度。任务预处理是遥感卫星规划调度的一个重要环节，其目的是根据卫星轨道、载荷视场等参数，将用户输入的具有不规则几何特征的观测目标分割为一个或多个可一次观测覆盖的条带，以便于对各条带的观测活动进行编排。

敏捷光学遥感卫星是一类具有绕任意轴大角度快速姿态机动能力的卫星，可通过俯仰和侧摆方向的姿态机动，实现对星下点轨迹两侧大范围区域的多模式成像。由于敏捷光学遥感卫星通常采用分辨率为米级至亚米级的高分辨率相机，相机视场角通常较小，因此对于观测目标预处理的精度要求也比较高。

目前地面任务规划系统采用以星下点轨迹平行线为基准的方法对观测目标进行分割，其基本的流程是：首先构造一组观测目标临近地区的星下点轨迹近似“平行线”，每条“平行线”为一组离散的经纬度点构成的折线，第一条和最后一条“平行线”与观测区域两侧对齐，“平行线”间距为相机幅宽乘以一定的比率，以满足条带拼接时的重叠度以及误差要求，最后根据平行线对条带区域的切割情况计算出各条带4个顶点的经纬度坐标。该算法一方面在建立计算模型是进行了大量假设和近似处理，因此计算精度方面存在一定的不足。由于星下点轨迹实际上是一条球面曲线，并不存在“平行线”，并且该算法没有考虑地球扁率对条带划分结果的影响，因此该算法误差较大，如果用于敏捷卫星的任务规划，需要引入较大的余量来弥补计算精度的不足，必然带来卫星应用效能的降低。另一方面，由于该算法需要通过计算一系列的经纬度点构建若干条“平行线”，计算的复杂度较高，难以在计算能力有限的星载计算机中实现，在卫星自主管理技术领域的应用受到了限制。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，针对敏捷卫星任务规划对观测目标分割的需求，提供了一种基于指向姿态的敏捷卫星观测目标条带分割方法，解决了现有方法条带分割精度不足、计算复杂度较高、在卫星自主管理技术领域的应用受限的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种基于指向姿态的敏捷卫星观测目标条带分割方法，步骤如下：

1）设t_r时刻卫星指向待测目标点T时，卫星的观测俯仰角θ为0，观测滚动角为定义t_r为标称观测时刻，为标称侧摆角，并计算获得标称观测时刻t_r和标称侧摆角

11）建立待测目标点T在J2000坐标系下位置与观测时间的关系方程T＝L_ei^TT_e，上标T表示矩阵转置；其中L_ei为J2000坐标系到WGS84坐标系的坐标转换矩阵，T_e为待测目标点T在WGS84坐标系下的位置；

12）根据当圈整秒时刻t_i对应的卫星在J2000坐标系下轨道位置矢量R_ECI(t_i)，计算获得各轨道位置与观测目标点的距离(i＝0,1…N)；在中搜索得到最小点，记为初步标称观测时刻t_re，初步标称观测时刻t_re对应的卫星位置记为标称观测位置R_ECI(t_re)；

13）建立卫星的观测俯仰角θ与观测时刻t的函数关系θ(t)；

131）计算获得J2000坐标下卫星指向待测目标点T的矢量ST_i＝L_ei^TT_e-R_ECI，并转换到轨道系表示为ST_o＝L_oi×ST_i，其中L_oi为J2000坐标系到轨道坐标系的转换矩阵；