[发明专利]一种近圆轨道成像卫星自主任务规划方法

说明书

本发明是一种近圆轨道成像卫星自主任务规划方法。本发明涉及卫星星务管理、姿态控制及轨道确定领域，解决现有地面规划方法耗费人力物力大、规划过程繁琐以及卫星资源利用率低等问题，本发明首先应用地面轨迹解析方法划定卫星观测范围，初步筛选出规划周期内可能成像点；进而预估业务参数，较精确地估算可覆盖目标点的成像侧摆角、过顶时间窗口及载荷配置参数；最后通过基于优先级的序列填充算法规划最优成像方案。本发明所述的星上自主规划方法，无需消耗大量人力物力，充分利用卫星成像资源，在自主规划程序中输入目标库、卫星当前位置速度轨道信息及对应UTC时间，运行自主规划方法，快速准确地完成多目标点的自主成像任务规划。

技术领域

本发明涉及卫星星务管理、姿态控制及轨道确定技术领域，是一种近圆轨道成像卫星自主任务规划方法。

背景技术

随着成像卫星数量大幅增长，传统测控与任务规划机制的短板逐渐暴露，星上自主规划可以大幅减少用户在地面任务规划所耗费的人力物力，提高卫星使用效率，且无需依赖国外专用航天专业分析软件及方法。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，本发明为能够解决现有的高价值卫星成像资源与紧张的地面系统矛盾问题，本发明提供了一种近圆轨道成像卫星自主任务规划方法。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

一种近圆轨道成像卫星自主任务规划方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：设定卫星初始的轨道信息和4096点目标经纬度等信息；所述卫星初始的轨道信息，包括卫星该轨任意时刻t₀，t₀时刻卫星的位置r₀及速度v₀；

步骤2：根据步骤1的卫星初始的轨道位置，使用解析法计算星下点轨迹，获取卫星该轨观测范围，然后采用同纬度线比对经度算法筛选可成像目标点；

步骤3：预测步骤2所筛选目标点的业务参数，包括成像侧摆角、过顶时间窗口及载荷配置参数；

步骤4：将步骤3计算的业务参数，通过基于优先级的序列填充算法，自主规划最优成像方案并执行。

优选地，所述步骤1具体为：

步骤1.1：在TOD坐标系下，考虑J2平均摄动效果，星下点经纬度变化率的通过下式表示：

其中，φ和λ分别为地心纬度和地心经度，δ和α分别为赤纬和赤经，i为轨道倾角，u为纬度幅角，Ω为升交点赤经，w_E为地球自转角速度，w_u＝du/dt是纬度幅角的变化率，对于小偏心率轨道采用下式表示：

推导出地心经度对地心纬度的导数表达式为：

步骤1.2：确定得到对应纬度下的卫星纬度幅角；

卫星成像最大侧摆角为α，轨迹上成像点与目标点连线对应的地心角为β，轨迹点经纬度坐标为M＝(A₁,A₂)，则最大侧摆机动后的成像点坐标N＝(B₁,B₂)为：