[发明专利]基于空间解析几何的灵巧卫星对地观测时间窗口生成方法

权利要求书

1.一种基于空间解析几何的灵巧卫星对地观测时间窗口生成方法，其特征在于，步骤为：

①.构建空间解析几何关系模型：根据灵巧卫星的轨道参数，采用参考椭球体，构建空间解析几何关系模型；对给定的星下点及卫星坐标，利用上述空间解析几何关系模型进行坐标变换；

②.初始化：对星下点和目标数据进行预处理，即根据目标数据的纬度对星下点数组进行裁剪，对同纬度的星下点，按照是否在目标同侧进行过滤形成星下点序列；每一个星下点序列与目标组成星下点目标对，最终形成星下点目标对序列；

③.角度逆推：利用步骤①建立的空间解析几何关系模型，对星下点目标对序列中的每个星下点目标对进行角度逆推，得到对应于星下点目标对序列的roll序列和pitch序列，所述roll序列为绕x轴反时针旋转角度γ的序列，所述pitch序列为绕y轴反时针旋转角度β的序列，所述roll序列和pitch序列为惯性坐标系下的静态角度；

④.旋转矩阵逆变换：将步骤③中得到的roll序列和pitch序列通过逆变换转换为动态旋转坐标系下的动态角度roll_R序列和pitch_R序列；

⑤.插值计算：以星下点目标对序列对应的时间序列作为自变量、以由步骤④得到的roll_R序列和pitch_R序列作为因变量组成两个点对序列，对这两个点对序列进行样条插值，即得到对该目标进行观测的灵巧卫星观测角度变化曲线；

⑥.截取时间窗口：针对步骤⑤得到的结果，分别根据俯仰角和侧摆角的阈值进行截取，取交集，即得到满足卫星俯仰和侧摆能力的曲线段，这些曲线段所对应的横坐标即为时间窗口。

2.根据权利要求1所述的基于空间解析几何的灵巧卫星对地观测时间窗口生成方法，其特征在于，所述步骤①的具体过程为：

1.1设地球近似为一椭球体，S表示卫星位置，L表示卫星星下点位置，卫星运动方向是以轨道面法向量方向为指向的顺时针方向，O为地心LC为轨道面切线；S以俯仰角pitch和侧摆角roll投射到地球表面E，过L作LL′垂直于轨道面OLC，即面SLL′垂直于面OLC；过L作线OS的垂面交SE于P′，过P′分别作OLC的垂线交于P，作SLL′的垂线交于L′；可知，SP为SP′即SE在面OLC上的投影，SL′为SP′即SE在面SLL′上的投影；由定义可知，∠LSL′＝roll，∠LSP＝pitch；面OLC即轨道平面的单位法向量为轨道倾角为面OLC与赤道面的夹角，值为inc，即相应法向量与的夹角为inc；

1.2对于给定的星下点及卫星坐标，采用上述参数椭圆模型进行坐标变换：

X＝(N+H)cosBcosL

Y＝(N+H)cosBsinL

Z＝[N(1-f)²+H]sinB

其中，H为卫星高度，B为星下点纬度，L为星下点经度，a为地球短半轴，f为地球扁率，e为第一偏心率。

3.根据权利要求2所述的基于空间解析几何的灵巧卫星对地观测时间窗口生成方法，其特征在于，所述步骤③的具体过程为：

3.1由即得到法向量参数如下：c＝cos(inc)，其中b＝-(ax_S+cz_S)/y_s；inc为轨道倾角，(x_s，y_s，z_s)为向量坐标；

3.2得到轨道面方程为：ax+by+cz＝0，均为向量，为轨道面单位法向量；

3.3得到对应于星下点目标对序列的roll序列和pitch序列：

其中，为向量，为步骤3.2的结果，为向量。