[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

说明书

一种敏捷卫星机动中沿斜条带成像的姿态调整方法，通过建立斜条带在地固系下的位置坐标与成像累计时间之间的圆轨迹模型，计算任意成像时刻摄影点在地固系的位置矢量，进一步计算该时刻卫星的滚动角、俯仰角和偏航角，在考虑地球椭率影响的前提下，可获得更加准确的卫星期望姿态，满足高对地指向精度的要求，有效避免了相机视场角较小时不能覆盖到目标的情况，可靠性高，稳定性好。

技术领域

本发明涉及一种敏捷卫星机动中沿斜条带成像的姿态调整方法，用于在沿给定斜条带成像过程中实现相机载体的姿态调整，属于航天器姿态调整技术领域。

背景技术

传统光学遥感敏捷卫星一般是依靠卫星的轨道运动来实现对目标区域的推扫成像，整个成像过程中卫星姿态保持固定不变，获取的成像条带与星下线平行。这种成像方式在沿东西方向的成像覆盖能力较弱，对于东西方向幅宽较大的目标，必须通过多个平行条带拼接的方式实现覆盖，覆盖的效能非常低。随着姿态机动能力的快速提升，新型敏捷卫星可通过姿态的实时机动调整视轴对地指向进行推扫成像，这种成像方式简称为“动中成像”，它的成像轨迹不再需要平行于星下点轨迹，可有效解决卫星沿东西方向成像的问题。目前最常用的动中成像是沿与星下点轨迹成一定夹角的斜条带进行成像。

新型敏捷卫星姿态机动过程中沿给定斜条带成像时，卫星的三轴姿态需实时变化，需要对成像过程中的姿态进行规划。黄群东等人提供了一种敏捷卫星动态成像的姿态调整方法，通过实时调整卫星三轴姿态角实现对东西方向(即条带与星下线成90°夹角)的推扫成像(黄群东，黄琳，杨芳等.一种用于敏捷卫星动态成像的姿态调整方法，ZL201310028956.8)；黄敏等人提供了一种沿斜条带成像的姿态调整方法，适用于与星下点轨迹成任意固定夹角的斜条带成像(黄敏，葛玉君，杨芳等.一种沿斜条带成像的姿态调整方法，CN201510411941.9)。上述两种方法的不足主要表现在：它们在条带的描述以及姿态角的计算过程中，都需要假设地球为理想球体且卫星轨道面为一个绝对平面，这些与太阳同步轨道光学遥感卫星对地成像的实际情况是不相符的，卫星姿态规划会存在偏差，无法满足相机视场角较小的高分辨率光学遥感卫星高对地指向精度的要求，甚至出现不能覆盖目标的情况。陈雄姿等人提供了一种敏捷卫星机动中沿曲线条带成像的姿态调整方法(陈雄姿，谢松，王抒雁等.一种用于敏捷卫星机动中沿曲线条带成像的姿态调整方法，CN201710595137.X)。这种方法的优势在于可以处理沿曲线条带单次连续成像问题，斜条带本质上虽是曲线条带的一种特例，但若将每一个斜条带都通过迭代计算建立曲线条带的多项式模型是不合理的。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中平行条带扫描方式覆盖能力较弱、现有斜条带扫描方法无法满足相机视场角较小的卫星对地指向精度的问题，提出了一种敏捷卫星机动中沿斜条带成像的姿态调整方法。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种敏捷卫星机动中沿斜条带成像的姿态调整方法，具体步骤如下：

(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；

(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；

(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。

所述步骤(1)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