[发明专利]一种敏捷卫星非沿迹曲线成像的姿态轨迹规划方法

说明书

一种敏捷卫星非沿迹曲线成像的姿态轨迹规划方法，涉及卫星姿态控制领域，本发明从整星姿态调偏流的角度，根据地物目标点与卫星位置的几何关系及坐标变换原理，进行卫星在轨对地面非沿迹曲线条带中若干特征目标点成像时精确指向的三轴姿态计算。以此姿态指向为约束，基于建立的敏捷卫星控制模型，采用伪谱法设计非沿迹曲线成像精确指向的姿态最优轨迹。本发明适用于地面成像目标条带与星下点轨迹不平行的情况。本发明方法可为卫星对地面曲线成像目标条带的一次过境获取提供三轴姿态信息参考值，为姿态控制系统的设计提供依据。

技术领域

本发明涉及卫星姿态控制领域，具体涉及一种敏捷卫星非沿迹曲线成像的姿态轨迹规划方法，适用于地面成像目标条带与星下点轨迹不平行的情况。本发明方法可为卫星对地面曲线成像目标条带的一次过境获取提供三轴姿态信息参考值，为姿态控制系统的设计提供依据。

背景技术

近年来，光学遥感卫星已成功应用于我国国土资源、水利、林业、农业、住房与城乡建设、环境、减灾、测绘、海洋等多领域的业务化应用，卫星平台敏捷性及载荷的分辨率等指标都在逐步攀升。但在具体工作模式上，传统光学遥感卫星在完成指定观测目标时可选的成像模式十分有限。

传统光学遥感卫星只能沿轨迹在星下点被动推扫成像，或在滚动/俯仰方向进行侧摆/前后摆来完成对沿迹条带目标的被动式推扫成像。三种成像模式都是以在轨道运行的方向上以固定的姿态角成像，无论进行了滚动或是俯仰机动，都是被动推扫，即成像的过程中光轴与地面的夹角是固定的，国外代表性的对地遥感光学卫星如WorldView系列、Pleiades、Quickbird等，以及国内代表性的高分系列卫星、吉林一号组星、高景一号与欧比特系列卫星等。受限于卫星平台的机动能力，两次成像任务之间的姿态切换时所需的时间很长，导致卫星在有限的阳照区时段内只能完成对少数几个条带目标的成像，卫星在轨应用效能受限。

非沿迹曲线成像是一种沿着地面成像目标分布进行一次过境主动推扫的成像模式。这种成像方式可以满足海岸线、江河沿线、边境线等复杂形状目标的灵活快速成像要求。当卫星进行非沿迹曲线成像时，需要卫星在轨实时调整光轴，使得卫星的成像条带可以与星下点轨迹呈一定的角度。该成像技术对非沿航迹方向的狭长地物目标具有很好的时效性，同时可以利用卫星姿态的机动来实现大幅宽与高分辨率的矛盾，提高成像质量和卫星在轨应用效能，具有重要的应用前景。

现有的非沿迹主动推扫成像多针对不同类型的非沿迹成像模式开展相关研究，如单轴姿态机动的非沿迹成像、多段线性拼接形式的非沿迹成像模式等。这些成像模式相比于本专利的非沿迹曲线成像，其所能观测的地面范围有限，并不是真正意义上的沿迹成像，在轨应用效能受到一定的限制。

非沿迹曲线成像需要卫星姿态在敏捷机动过程中沿地面成像条带进行主动推扫成像，这种复杂的耦合运动(轨道运动、地球自转、成像时推扫引起的主动姿态变动)需要卫星的成像模型精准、姿态规划准确、跟踪控制能力强。尤其在对非沿迹地面曲线状目标条带成像的姿态规划方法研究方面，如何获得满足卫星姿态动力学及运动学约束、在轨可实现的姿态轨迹规划方法有待深入研究。

发明内容

本发明提供一种基于优化控制思想的非沿迹成像姿态轨迹规划方法。从整星姿态调偏流的角度，根据地物目标点与卫星位置的几何关系及坐标变换原理，进行卫星在轨对地面非沿迹曲线条带中若干特征目标点成像时精确指向的三轴姿态计算。以此姿态指向为约束，基于建立的敏捷卫星控制模型，采用伪谱法设计非沿迹曲线成像精确指向的姿态最优轨迹。

一种敏捷卫星非沿迹曲线成像的姿态轨迹规划方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、根据地面非沿迹曲线条带中若干成像特征目标点Target_i的地理位置及卫星运行的轨道，分别确定卫星对若干成像特征目标点的成像时刻T_i及对应成像时刻的卫星星下点位置P_i，所述i＝1,2,...,n；