[发明专利]基于整星二维扫描运动的静止轨道微波成像方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于整星二维扫描运动的静止轨道微波成像方法及系统，包括：步骤M1：根据微波探测仪探元大小及圆锥扫描周期确定星体匀速扫描角速度；步骤M2：根据微波探测仪探元大小及曝光时间确定星体扫描姿态稳定度；步骤M3：根据卫星区域总观测时间、观测区域大小、微波探测仪视场宽度和星体匀速扫描角速度确定星体二维扫加减速段时间；步骤M4：根据星体匀速扫描角速度和星体二维扫加减速段时间确定星体二维扫描路径；步骤M5：在当前扫描过程结束后，根据当前扫描区域的结束位置指向下一扫描区域的起始位置，利用绕欧拉轴机动方式确定当前观测区域指向下一个观测区域的快速机动路径。本发明可用于静止轨道微波探测卫星的研制研发过程。

技术领域

本发明涉及空间飞行器总体技术，具体地，涉及一种基于整星二维扫描运动的静止轨道微波成像方法及系统，更为具体地，涉及一种基于整星二维扫描运动的静止轨道微波成像方法。

背景技术

高精度、长时序天气预报是发展气象卫星系统的根本任务，而对台风、暴雨和强对流等灾害性天气系统的监测预警是天气预报中最为重要的任务，也是气象卫星发挥重要作用的应用领域。

与可见光和红外辐射不同，微波一方面可以很好地穿透云雨大气，另一方面云雨大气也会通过吸收、发射和散射作用对微波辐射的传输产生影响，这种影响与大气的热力结构和微物理特性有关，因此，可以在静止轨道气象卫星上安装微波探测仪，通过数据反演云雨大气内部的热力结构和微物理特性参数，弥补光学探测卫星的不足，有效提高天气预报的准确度。

微波探测仪通过反射面天线聚焦物体的微弱微波热辐射，需通过整星慢扫配合探测仪扫描镜圆锥旋转扫描实现对视场的逐点覆盖。与传统的静止轨道卫星三轴稳定零姿态或二维机动步进+驻留成像的模式不同，静止轨道微波探测卫星需要以匀速扫描的方式完成载荷地面轨迹平移，并在匀速扫描过程中进行成像。这对卫星的成像路径规划、姿态控制等均提出了新的要求。

静止轨道气象卫星平台上安装微波探测仪可以很好地穿透云雨大气进行观测，观测数据可以用于反演云雨大气内部的热力结构和微物理特性参数，可以有效弥补光学探测气象卫星的不足。然而，由于微波探测仪圆锥扫描成像的特殊性，传统的零姿态三轴稳定卫星无法满足观测要求。

专利文献CN108388958A(申请号：201810093044.1)公开了一种二维姿态机动卫星任务规划技术研究的方法及装置，方法包括构建卫星任务规划相关的数据库；读取数据库中的数据，并对数据进行预处理；对数据及卫星关系数据进行抽象，获取逻辑资源数据；定义约束变量；基于约束变量和任务调度模型的假设，建立任务调度模型；在任务调度模型中应用规划算法，执行规划算法的迭代过程，对逻辑资源数据进行约束处理；在迭代过程满足规划算法的终止准则时，获取满足终止准则的最优解，把解码最优解得到的规划方案作为二维姿态机动卫星任务规划的最优方案。专利介绍了一种针对具有二维姿态机动能力的卫星，综合考虑各种约束、利用任务规划方法，为在轨运行的卫星制定合理微波探测仪调度方案的方法，但未阐述适用于静止轨道微波探测的整星二维扫描机动控制的内容。

专利文献CN101513939A(申请号：200910081631.X)公开了一种合成孔径雷达卫星的二维姿态控制系统,该二维姿态控制系统包括有卫星位置解析模块、卫星位置解析模块和期望姿态确定模块。专利介绍了在运行于椭圆轨道的合成孔径雷达卫星上，通过运用偏航、俯仰二维姿态控制技术来实现回波信号多普勒中心频率为零，降低了成像处理的难度和运算，但未阐述适用于静止轨道微波探测的整星二维扫描机动控制的内容。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于整星二维扫描运动的静止轨道微波成像方法及系统。

根据本发明提供的一种基于整星二维扫描运动的静止轨道微波成像方法，包括：

步骤M1：根据微波探测仪探元大小及圆锥扫描周期确定星体匀速扫描角速度；

步骤M2：根据微波探测仪探元大小及曝光时间确定星体扫描姿态稳定度；