[发明专利]一种双视线正交的激光雷达卫星姿态设计方法及控制系统

说明书

一种双视线正交的激光雷达卫星姿态设计方法及控制系统，双视线正交的激光雷达卫星对风场的测量具有同时测量多个径向速度矢量，减小数据反演时卫星飞行速度、地球自转速度等因素引起的风速不确定度，有效地提升星载测风激光雷达系统风速反演精度。本发明针对激光雷达卫星编队需形成双视线正交观测的应用需求，提出了双视线正交的激光雷达卫星姿态计算模型，然后采用方程求解的方法计算双星编队的相对相位角，并解算星的姿态参数。实现了在已知其中一颗卫星任意姿态参数的情况下，求解另一颗卫星的位置和姿态，为双视线正交的激光雷达卫星编队和姿态设计和控制提供依据。

技术领域

本发明涉及一种双视线正交的激光雷达卫星姿态设计方法及控制系统，特别是涉及一种针对空间风场的双视线正交的激光雷达编队卫星编队姿态设计方法。

背景技术

在获取某一空间区域的风场信息时，需要实时的2至3个不同方向的径向风矢量交汇。利用激光雷达进行大气风场测量时，一个视线方向只能测量得到1个径向的速度分量，因此需要采用多颗卫星编队的方式实现多角度的风速测量。但多颗卫星编队实现多角度的风速测量，涉及数据解算时多个速度矢量数据的同时性，以及多矢量实时空间交汇于同一观测区域等问题，目前现有技术还未见多星编队的激光雷达空间交汇的实时测量方法。

此外，采用激光雷达空间交汇的方式进行测量时，需选取合适的交汇角度用以满足数据解算时的高精度要求；同时还需注意到卫星轨道、不同卫星的相对位置、卫星视线指向等诸多因素的相互耦合的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种双视线正交的激光雷达卫星姿态设计方法及控制系统，给出了双视线正交的激光雷达卫星姿态计算模型，然后采用方程求解的方法计算双星编队的相对相位角，并解算星的姿态参数。实现了在已知其中一颗卫星姿态参数的情况下，求解另一颗卫星的位置和姿态，为双视线正交的激光雷达卫星编队和姿态设计提供依据。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种双视线正交的激光雷达卫星姿态设计方法，采用卫星A和卫星B两个激光雷达卫星，包括如下步骤：

S1、建立双视线正交的激光雷达卫星成像模型；

S2、建立以地心O为原点，地心O到卫星A为Y轴，卫星A飞行速度方向为X轴的右手坐标系O-XYZ；根据卫星A的姿态角，计算卫星A到摄影点D在O-XYZ坐标系下的矢量

S3、为卫星B到摄影点D在O-XYZ坐标系下的矢量，利用空间矢量计算卫星B到卫星A的相对相位角；

S4、建立以地心O为原点，地心O到卫星B为Y轴，卫星B飞行速度方向为X轴的右手坐标系O-X'Y'Z'；利用坐标变换的方法计算和S3所述的相对相位角，计算O-X'Y'Z'坐标系下摄影点D和卫星B的坐标；

S5、根据O-X'Y'Z'坐标系下摄影点D和卫星B的坐标，计算卫星B的姿态参数。

优选的，所述卫星A和卫星B在同一轨道内编队飞行。

优选的，所述卫星B的姿态参数包括卫星B视线等效俯仰角θ_B、卫星B卫星视线等效侧摆角卫星B等效指向角α_B。

优选的，S3中，利用求解方程的方法，计算卫星B到卫星A的相对相位角。

一种双视线正交的激光雷达卫星姿态控制系统，包括双视线正交的激光雷达卫星成像建模模块、坐标系模块、数据计算模块；

所述双视线正交的激光雷达卫星成像建模模块用于建立包括卫星A、卫星B、摄影点D、地心O的空间模型；