[发明专利]一种敏捷卫星机动中沿斜条带成像的姿态调整方法

权利要求书

1.一种敏捷卫星机动中沿斜条带成像的姿态调整方法，其特征在于步骤如下：

(1)于地固坐标系中建立斜条带成像位置坐标与成像累计时间的圆轨迹模型；

其中，建立圆轨迹模型的具体步骤如下：

(1a)根据斜条带起点的地理经纬度斜条带终点的地理经纬度计算地心经纬度，计算公式如下：

λ_e1＝λ₁

λ_e2＝λ₂

式中，λ_e1、为斜条带起点A的地心经纬度，λ_e2、为斜条带终点B的地心经纬度，f为地球椭率；

(1b)根据步骤(1a)所得地心经纬度、斜条带起点位置、斜条带终点位置，计算斜条带的圆弧半径，计算公式如下：

R_m＝(R₁+R₂)/2

式中，R_m为斜条带圆弧半径，R₁和R₂分别为斜条带起点、终点位置的地球半径，均通过以下公式解算：

式中，R_e为地球赤道半径，为所选位置的纬度；

(1c)在地固坐标系中，根据地心原点O至斜条带起点A的矢量OA_e、地心原点O至斜条带起点B的矢量OB_e、步骤(1b)所得斜条带圆弧半径R_m，计算矢量OA_e、矢量OB_e的斜条带对应夹角Ω，计算方法如下：

(1d)根据推扫成像地速计算斜条带成像总时长T，计算公式如下：

v_d＝kω_sR_m

式中，v_d为推扫成像地速，ω_s为卫星的轨道角速度，k为速度系数；

(1e)通过计算获取斜条带坐标系与地固坐标系转换矩阵A_et；

斜条带坐标系与地固坐标系转换矩阵A_et的计算方法为：

建立斜条带平面坐标系，以地心原点O为原点，OA为x轴，OB为z轴，y轴符合右手法则，计算公式如下：

A_et＝[OA_e OB_e OC_e][OA_t OB_t OC_t]^-1

式中，OA_e、OB_e为OA、OB于地固坐标系中的矢量，OC_e为OA_e、OB_e的叉乘矢量，其中：

OA_e＝[x_a y_a z_a]^T

OB_e＝[x_b y_b z_b]^T

OC_e＝OA_e×OB_e

OA_t、OB_t为OA、OB于斜条带平面坐标系中的矢量，OC_t为OA_t、OB_t的叉乘矢量，其中：

OA_t＝[R_m 0 0]^T

OB_t＝[R_mcosΩ R_msinΩ 0]^T

OC_t＝OA_t×OB_t；

(1f)根据步骤(1a)～(1e)建立成像位置坐标于成像累计时间的圆轨迹模型如下：

(2)根据步骤(1)所得圆轨迹模型计算任意成像时刻卫星滚动角和俯仰角；

其中，任意成像时刻卫星滚动角和卫星俯仰角θ的计算公式如下：

式中，SP_o(y)为轨道坐标系下卫星S指向观测点P的矢量y轴方向分量，SP_o(x)为轨道坐标系下卫星S指向观测点P的矢量x轴方向分量，SP_o(z)为轨道坐标系下卫星S指向观测点P的矢量z轴方向分量，r是卫星S在惯性系的位置矢量，A_ie是地固系到惯性系的转换矩阵，A_oi是惯性系到轨道系的转换矩阵，

SP_o＝A_oi·(A_ieP_e-r)

式中，P_e是基于斜条带圆轨迹模型得到的P在地固系下的位置矢量；

(3)利用步骤(1)所得圆轨迹模型及步骤(2)所得卫星滚动角和俯仰角计算成像时刻卫星偏航角，获取完整的卫星姿态，其中：

计算卫星偏航角φ的计算方法如下：

式中，V_P(t)为任意t时刻地面观测点的滑动速度，[V_P(t)]_b(y)为在卫星本体坐标系下的任意t时刻地面观测点的滑动速度y轴分速度，[V_P(t)]_b(x)为在卫星本体坐标系下的任意t时刻地面观测点的滑动速度x轴分速度，计算公式如下：

[V_P(t)]_b＝A_boA_oiA_ie[V_P(t)]_e

式中，在地固系下的滑动速度[V_P(t)]_e计算公式如下：

式中，A_bo为从轨道坐标系到卫星侧摆和俯仰机动后本体系的姿态矩阵，其中：

2.根据权利要求1所述的一种敏捷卫星机动中沿斜条带成像的姿态调整方法，其特征在于：所述步骤(1d)中，速度系数k的取值范围为0.8～1.2。