[发明专利]一种自主规划卫星沿经线推扫时间及姿态的方法

权利要求书

1.一种自主规划卫星沿经线推扫时间及姿态的方法，其特征是：该方法由以下步骤实现：

步骤一、通过J4模型轨道递推方法进行虚拟轨道递推，获得轨道信息；

步骤二、根据已知经线目标条带的地理位置信息以及步骤一递推出的轨道信息解算所述目标条带的成像起始点、中间点与结束点所对应的时刻和期望姿态角；具体过程为：

设定A_s和A_e分别为卫星星下点轨迹的起始位置与结束位置，D_s和D_e分别为成像开始与结束时刻相机光轴指向的地面点；

根据步骤一的轨道递推方法，获得t_f时刻卫星在WGS-84地固坐标系下的轨道位置和速度；

卫星在WGS-84地固坐标系下的位置A的矢量为OA＝[r_ax r_ay r_az]；设定地面某一成像点D的经度、纬度、高度分别为lo、la、h，则该成像点D在WGS-84地固坐标系下表示为矢量OD＝[r_dx r_dy r_dz]，则：

式中，为成像点处地球半径，r_e＝6378173m为地球赤道平均半径，e＝0.081819190928906为地球扁率；

根据欧拉轴角定义，为使卫星光轴指向地面目标点，将轨道坐标系绕欧拉轴R逆时针旋转ξ角度，获得轨道系下的期望姿态；具体过程为：

一、求解欧拉轴R以及旋转的欧拉角ξ；

二、求解轨道坐标系在WGS-84地固坐标系下的分量，以及设定卫星指向沿经线推扫成像目标点的期望坐标系相对轨道坐标系的四元数为q_o；

根据步骤一中轨道递推方法获得成像时卫星在WGS-84地固坐标系中的位置为r_f，速度为v_f，则轨道坐标系X轴在WGS-84地固坐标系中的速度为：

v_x＝ω_e×r_f+v_f

式中，ω_e＝[0 0 0.00007292115]为地球自转角速度；

设定轨道坐标系在WGS-84地固坐标系下的分量为r_o＝[r_ox r_oy r_oz]，获得轨道坐标系Z轴在WGS-84地固坐标系下的单位向量为：

轨道坐标系Y轴在WGS-84系下的单位向量为：

轨道坐标系X轴在WGS-84系下的单位向量为：

三、四元数转欧拉角；

采用局部寻优法自主确定成像时间，对星下点进行侧摆成像；令

λ_i＝θ_i²+ψ_i²

在局部范围内搜索λ最小时对应的i，i＝0,1,2,…；则T＝t₀+i即为成像起始点的时间，所述成像起始点的时间T对应的侧摆角即为期望侧摆角；

重复上述解算所述目标条带的成像起始点所对应的时刻和期望姿态角的具体过程，分别获得成像中间点与结束点所对应的时刻和期望姿态角；

步骤三、采用二次拉格朗日插值法计算成像期间其它时刻的期望姿态角与期望角速度，实时调整卫星光学载荷光轴的对地指向，对已知经线目标条带进行主动推扫成像。