[发明专利]一种基于星载AIS实时信息引导的星上自主成像方法

权利要求书

1.一种基于星载AIS实时信息引导的星上自主成像方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)捕获并确认需观测的舰船目标；

(2)确定卫星观测时刻和观测区域；

(3)计算卫星对船只的观测姿态；

(4)调整卫星姿态，确定SAR载荷可进行成像工作；

所述步骤(1)的具体过程为：星载AIS接收系统接收舰船的AIS实时信息，实时提取AIS报文数据里的舰船信息，包括舰船身份、舰船位置、舰船航向航速信息，利用舰船身份完成目标识别，识别完成时刻记为初始时刻T0；

所述步骤(2)的具体过程为：

由舰船当前位置坐标和卫星当前位置坐标，确定舰船目标相对于卫星的相对空间位置，同时结合卫星速度和舰船的速度，初步计算卫星飞临目标上空的时刻，该时刻记为T1；SAR载荷在飞临目标之前的就进入观测区域开始工作，进入观测区域的时刻记为T2；

所述T1的计算方法如下：

卫星捕获识别舰船目标的T0时刻，此时舰船在地固系下的位置为(P_0船)_ECF，速度为(V_0船)_ECF；记卫星在地固系下的位置为(P_0星)_ECF，速度为(V_0星)_ECF；

41)选择[T0,T0+Δ]作为数值预报时段，Δ表示增量值，根据轨道特性选取；

42)选取足够小步长step，并将时段[T0,T0+Δ]离散为时间点集，记为T＝{t_i|i＝1,…，n}，其中n＝floor(Δ/step)，floor(*)为实数取整运算；

43)根据T0时刻的卫星位置与速度，预报各时刻卫星位置与速度{(P_i星)ECF|i＝1,…，n}；

44)根据T0时刻的船只位置与速度，预报各时刻船只的位置与速度{(P_i船)_ECF|i＝1,…，n}；船只按匀速运动处理，即

(P_i船)_ECF＝(P_0船)_ECF+(V_0船)_ECF(t_i-t₀)

45)计算各时刻卫星与船只的相对距离，记为{D_i星船|i＝1,…，n}，D_i星船为ti时刻卫星与船只的距离，公式为

D_i星船＝||(P_i星)_ECF-(P_i船)_ECF||

其中||*||为范数运算；

46)取{D_i星船|i＝1,…，n}中的最小值，该最小值对应的时刻点即为T1；

所述步骤(3)的具体过程为：根据卫星和目标的位置及速度信息，计算SAR载荷成像姿态信息，获得卫星成像时的波束指向，并确定卫星的横滚、偏航、俯仰三轴观测姿态；

确定卫星的横滚、偏航、俯仰三轴观测姿态时，卫星相对轨道坐标系的姿态欧拉角的计算方法为：欧拉角按123转序定义；

31)计算船只相对卫星的矢量方向，并在地固系下表示，记为(R)_ECF：

32)将(R)_ECF转换到卫星轨道坐标系下，得到(R)_orbit：

其中为惯性系至轨道系的坐标转换矩阵；为地固系至惯性系的坐标转换矩阵；

33)记(R)_orbit的三个坐标分量分别为rx、ry、rz，则可计算卫星所需的姿态欧拉角为

β＝arcsin(r_x)

γ＝0

其中α为滚动角，β为俯仰角，γ为偏航角；

所述步骤(4)的具体过程为：

按照α、β和γ三个姿态参数进行卫星姿态的调整，具备SAR成像波束指向能力，确定SAR载荷根据预先设计的成像程序进入SAR成像工作模式。

2.根据权利要求1所述的一种基于星载AIS实时信息引导的星上自主成像方法，其特征在于：所述T2的计算方法如下：T1时刻后舰船的位置即确定为观测场景的中心，目标沿x轴的前后20公里可确认为观测区域，即为观测区域S，由成像模式确定观测起始时刻，记为T2。