[发明专利]静止卫星成像偏航导引角计算方法

说明书

本发明公开了一种静止卫星成像偏航导引角计算方法，包括如下步骤：根据地球参考系变换关系计算瞬时真赤道面法线指向北极方向的单位矢量在惯性坐标系下的分量；根据卫星瞬时轨道根数计算瞬时真赤道面法线指向北极方向的单位矢量在轨道坐标系下的分量；计算卫星星下点当地正东方向单位矢量在卫星轨道坐标系中的分量；计算卫星轨道坐标系+X轴矢量向星下点当地正东矢量转过的角度，作为偏航导引角；在倾角较小时，忽略二阶小量，计算偏航导引角近似值。本发明可以通过偏航姿态导引控制消除由轨道偏差和地球运动产生的成像旋转，保证遥感仪器的参考基准与星下点当地地理方位保持平行，从而提高静止遥感卫星成像精度和稳定性。

技术领域

本发明涉及静止遥感卫星修正成像旋转的姿态控制方法，具体涉及一种静止卫星成像偏航导引角计算方法。

背景技术

静止遥感卫星成像精度关系到地图测绘、天气诊断、灾害监测应用的目标识别，以及风矢量等定量遥感产品的处理精度。但由于天体力学摄动的原因，地球同步圆轨道5会存在漂移，导致卫星遥感仪器瞬时视场12发生扭转(图1)，且随着卫星轨道的运动发生交变。而静止遥感卫星的定量产品需要有固定基准，即需要保证不同时间所成的图像接近在标称定点位置所成的基准图像，否则将影响遥感图像定量产品的应用。在存在轨道误差的情况下，卫星偏离标称定点位置，而且随着轨道运动，对同一区域所成图像存在绕视轴旋转的特性，降低了遥感图像定位精度。

文献1、2、3均提到了一种用于减小SAR卫星多普勒中心频率变化范围的偏航导引补偿方法，其中文献1，2的主要研究对象是椭圆轨道，文献3的主要研究对象是太阳同步轨道。这几份文献主要目的是解决SAR卫星的多普勒问题，未提及光学遥感卫星成像补偿方法，也未采用静止轨道作为研究对象。

文献4、5、6均提出了一种用于消除星载高分辨率TDICCD相机由于地球的旋转产生横向像移速度的偏流角补偿方法，从而提高遥感图像成像质量。偏流角补偿一般是通过偏航导引实现的。但静止卫星与地球相对关系保持稳定，与低轨卫星推扫成像的方式有本质区别，补偿的目的也有所不同。

专利201410588779.3波束协同控制的地球同步轨道SAR卫星偏航导引方法(实审)。该方法用于地球同步轨道SAR卫星，用于解决SAR载荷的波速协同控制问题，为提及光学遥感卫星视场的偏航导引补偿。

专利201210388431.0一种采用正弦偏航导引律的偏航机动控制方法(有权)中提到，采用正弦规律进行偏航导引，同时根据该正弦曲线计算帆板转速，从而保证能源。该方法主要侧重于偏航导引机动控制的实现，并未对导引角计算方法进行阐述。

[1]张永俊,张永胜,黄海风,梁甸农,.一种适用于椭圆轨道的新型偏航导引规律[J].宇航学报,2011,(1).[2]张永俊,黄海风,张永胜,梁甸农,.椭圆轨道全零多普勒导引律研究[J].电子与信息学报,2010,(4).[3]孟云鹤,尹秋岩,戴金海.SAR卫星多普勒频移偏航导引补偿效果分析[J].中国空间科学技术,2004,(1).[4]杜宁,王世耀,孟其琛,.基于四元数的偏流角跟踪与条带拼接成像研究[J].上海航天,2016,(6).[5]王志刚,袁建平,陈士橹,李英才.高分辨率卫星遥感图像的偏流角及其补偿研究[J].宇航学报,2002,(5).[6]李友一.空间相机中的偏流角控制[J].光学精密工程,2002,(4)。

发明内容

针对现有静止遥感卫星对地成像中视场旋转的问题，本发明提出了一种静止卫星成像偏航导引角计算方法；通过在卫星姿态控制过程中进行偏航导引，可以使卫星遥感仪器的参考基准与星下点当地地理方位保持平行。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

静止卫星成像偏航导引角计算方法，具体包括如下步骤：

S1、根据地球参考系变换关系可计算瞬时真赤道面法线指向北极方向的单位矢量在惯性坐标系下的分量p；