[发明专利]一种海面太阳耀斑观测模式下的卫星姿态导引方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及卫星姿态导引技术领域，尤其涉及一种CO₂监测卫星在观测海面上太阳耀斑过程中的卫星姿态导引方法及系统。 

背景技术

大气中CO₂探测卫星任务属于观测模式非常复杂的任务，海面太阳耀斑观测是大气CO₂监测卫星的重要观测模式，海面所产生的镜面效应，将太阳光反射到卫星的CO₂探测仪中，部分光谱将被CO₂吸收，通过对吸收光谱的测量，可以反演出CO₂的含量，而耀斑观测模式可使仪器获得很高的信噪比。由于耀斑位置在海面上随卫星飞行轨迹而变化的，卫星需要保持姿态连续机动才能实现对耀斑的观测。 

姿态导引是卫星飞行控制过程中的重要环节，卫星的期望姿态轨迹由被观测的目标与卫星之间的相对关系决定，对于简单的观测任务，卫星的期望姿态可由固定的数值或表达式来表示，卫星运行时自主使用或计算这些期望姿态，无需地面持续干预。对于非常复杂的观测任务，卫星的观测姿态无法由表达式直接给出，需要地面进行多次计算、调节才能最终确定，上注到星上。 

对于CO₂监测卫星耀斑观测，采用常规的星上计算或地面注入存在以下几个问题： 

(1)理论耀斑点的计算非常复杂：《An algorithm for the precise location of the solar specular reflection point in the visible band images from geostationary meteorological satellites》(Computer&Geosciences,Vol.20(10),1994)给出了适用于GEO卫星的耀斑点计算方法，但由于需要利用Newton-Raphson数值方法解两个变量的系统方程，计算非常复杂且存在不收敛的问题；《The Determination of Sunglint Location on the Ocean Surface by Observation from Geostationary Satellites》(TAO,Vol.17(1),2006)对上述方法进行了改进，通过选择太阳、地球和卫星所在的平面作为参考平面，使计算耀斑点有所简化。但以上两种方法对于近地轨道卫星不适应，且由于采用数值方法，若星上直接利用理论耀斑点计算卫星姿态，计算量大，并且存在可靠性与安全性的问题。 

(2)期望姿态数据上注难以实施：耀斑观测是长期持续的观测，每轨观测时长近50分钟，地面期望姿态计算会产生大量的数据，受星地上行链路速率的约束，将这些姿态数据完全注入到星上是不可实现的。 

(3)需要进行人为调节：理论上算出的耀斑位置是耀斑的中心，对中心进行观测可能由于反照过强而导致仪器饱和，需要在理论观测点的基础上进行人为调节，但是在卫星飞 行之前，这些调节量是不明确的，只能根据在轨测试的结果去确定这些量。 

因此，需要提供一种新的海面太阳耀斑观测模式下的卫星姿态导引方式，解决现有的基于星上自主或基于地面规划的方法都不能解决耀斑观测模式下的姿态获取的问题， 

发明内容

本发明的目的在于，针对现有的基于星上自主或基于地面规划的方法都不能解决耀斑观测模式下的姿态获取的问题，提供一种通用的，针对复杂且具有不确定性观测任务的卫星姿态导引方法及系统，能根据观测需求，将规划姿态数据进行间隔采样并上注到星上，并且在星上对这些姿态数据进行重构，应用到CO₂探测卫星的耀斑工作模式中，既能对卫星的期望姿态进行星上重构，又能够最大程度的减少星地交互操作的次数与数据量，节省上注资源与星上计算资源。 

为实现上述目的，本发明提供了一种海面太阳耀斑观测模式下的卫星姿态导引方法，包括，(1)地面规划生成主平面约束下的卫星期望姿态数据，其中，所述主平面是由太阳、耀斑点和卫星组成的平面；(2)对所述卫星期望姿态数据进行等间隔选取卫星姿态角基点作为插值点，每两个相邻插值点之间的曲线段用三阶样条插值拟合，获得卫星姿态角曲线的三阶多项式系数，其中，所述卫星姿态角包括滚动角、俯仰角以及偏航角；(3)将所有所述卫星姿态角曲线的三阶多项式系数组合成可上注的数据格式，上注到星上；(4)星上解析上注信息，获取所述卫星姿态角曲线的三阶多项式系数，重构卫星期望姿态角。