[发明专利]一种用于空中动目标跟踪的云台指向及星体姿态协同控制方法

说明书

本发明涉及一种用于空中动目标跟踪的云台指向及星体姿态协同控制方法，属于卫星控制技术领域。本发明首次在卫星系统中集成应用了云台及云台相机技术，使整星具备了牵引性的对动目标态势感知能力及相匹配的面向应急任务的星上实时响应能力，充分拓展开发和利用高机动遥感卫星的功能和整星资源。

技术领域

本发明涉及一种用于空中动目标跟踪的云台指向及星体姿态协同控制方法，属于卫星控制技术领域，适用于运行于低轨的成像载荷执行低空未知动目标捕获、跟踪的自主任务规划任务。

背景技术

飞机在军事领域和民用商业领域的具有重要地位，具有很高的辨识、追踪价值，是一类典型的空中动目标。对包括军用机场、航母作战编队等在内的军事热点进行动目标的识别和跟踪能够及时了解目标区域的战略动态，获得及时有效地战役、战术信息作为重要的战略保障资源。在民用商业领域，对空中民航飞机的动态识别能够辅助机场的了解空中流量及飞机飞行情况，为地面提供必要的信息支持。因此，开展遥感卫星面向飞机这一类典型空中动目标的识别和追踪能力的相关技术研究与实践具有切实的应用需求和广泛的应用前景。

目前，光学成像遥感卫星对热点区域的侦察监控还处于被动的按照地面预先排布的任务指令完成规定的成像任务，存在如下不足：可见光载荷视场狭小，针对可能的强机动未知运动目标捕获失败风险较高；可见光载荷为整星载荷，直接利用星体机动能力捕获空中动目标并完成捕获跟踪侦察极大地浪费了整星资源。

发明内容

本发明解决的问题是：克服现有技术的不足之处，提供一种用于空中动目标跟踪的云台指向及星体姿态协同控制方法，该方法能够快速的捕获跟踪空中未知动目标，支持成像载荷迅速到位对目标进行观测侦察，工程实现容易。

本发明的技术解决方案是：

一种用于空中动目标跟踪的云台指向及星体姿态协同控制方法，所述的空中动目标的运动规律未知；

首先给出相关参数定义：卫星在轨道坐标系的姿态为[φ θ ψ}]^T，3-1-2转序为先绕Z轴旋转ψ，再绕X轴旋转φ，然后绕Y轴旋转θ，旋转矩阵表示为C_BO；云台在本体坐标系的安装矩阵表示为C_PB；

云台绕X轴旋转角度定义为α，云台绕Y轴旋转角度定义为β，云台转序定义为先绕X轴旋转，再绕Y轴旋转；

安装在云台上的相机安装矩阵为单位阵，云台相机的像素大小为d_P，云台相机的焦距为f_s；

按照云台相机视场将目标区域划分为网格区域块，比如目标区域为120km*120km，云台相机视场的视场为40km*40km，则目标区域被划分为九个网格区域块；以距离云台相机最近的网格区域块为1号区域块，成“S”形进行扫描，依次为2号区域块、3号区域块、…；

该方法中云台相机首先指向1号区域块区域中心，若未发现空中动目标，云台相机依次指向2号区域块、3号区域块、…，由云台当前位置指向1号区域块中心的步骤如下：

第一步，根据卫星的姿态运动对云台指向进行补偿。

补偿卫星姿态运动后，卫星到某一个网格区域块的地理中心点的矢量在卫星本体坐标系的向量用下式求解：

为卫星所在轨道坐标系到某一个网格区域块的地理中心点的矢量在轨道坐标系的表示。

补偿矩阵C_ΔΦ,cmp为：

C_ΔΦ，cmp＝C_y(ΔΦ_bo，y)*C_x(ΔΦ_bo，x)*C_z(ΔΦ_bo，z)

其中，