[发明专利]一种卫星机动成像过程中无偏流姿态的直接求解方法

权利要求书

1.一种卫星机动成像过程中无偏流姿态的直接求解方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤S1、根据任务规划计算星载相机光轴矢量在轨道坐标系分量和其导数在轨道坐标系内分量

步骤S2、根据光轴矢量约束来计算星载相机坐标系相对轨道坐标系滚动轴期望欧拉角和俯仰轴期望欧拉角θ，并进一步计算期望欧拉角的导数和

步骤S3、根据像移速度方向与CCD阵列方向须保持一致的约束，计算星载相机坐标系相对轨道坐标系偏航轴期望姿态ψ，进而得到星载相机相对轨道坐标系期望姿态q_{or_c}；

步骤S4、在星载相机相对轨道坐标系期望姿态q_{or_c}的基础上，考虑相机后视角，计算卫星本体相对轨道坐标系的期望姿态q_{or_b}和期望角速度

所述的步骤S1包含以下步骤：

设定地面成像点经度和纬度变化速率分别为dlon和dlat，起始经纬度分别为lon0和lat0，则地面目标经度lon和纬度lat随时间规划序列为：

lon＝lon0+dlon*t

lat＝lat0+dlat*t

由实时规划的地面成像点经纬度计算地面成像点在地心固连坐标系内的位置矢量

其中，R_e为地球半径；

计算卫星至目标矢量在轨道坐标系内分量

其中，为卫星位置矢量在地球固连坐标系分量，A_ig为地球固连坐标系至惯性坐标系转换矩阵，A_oi为惯性坐标系至轨道坐标系转换矩阵；

忽略卫星质心与星载相机质心之差，则星载相机至地面成像点矢量在轨道系内分量得到星载相机至地面成像点矢量的导数在轨道系内分量：

其中，为地球固连坐标系相对惯性坐标系角速度矢量，为轨道坐标系相对惯性坐标系角速度矢量，为卫星相对惯性坐标系速度矢量；

其中，ω_e为地球自转角速度，ω₀为卫星轨道角速度；

所述的步骤S2包含以下步骤：

确定：

根据规划出的前一控制周期和当前控制周期分别求解出前一控制周期期望的滚动欧拉角俯仰欧拉角θ(k-1)和当前控制周期期望的滚动欧拉角俯仰欧拉角θ(k)，进而得到滚动欧拉角的导数和俯仰欧拉角的导数

所述的步骤S3包含以下步骤：

期望坐标系OrXrYrZr满足星载相机成像坐标系OcXcYcZc内像移速度矢量在垂直CCD积分方向的分量为0，即

其中，A_ro为星载相机期望坐标系相对轨道坐标系姿态矩阵，为星载相机坐标系相对轨道坐标系角速度矢量；

由于对上式展开后，有如下等式成立：

该等式中只有ψ一个未知量，因此求解得到ψ；

令：

上述等式简化为asinψ+bcosψ＝0，因此得到期望的偏航欧拉角：

其中，分别表示像移速度矢量矢量在成像坐标系内的三个分量；分别表示矢量相机至地面成像点矢量在轨道坐标系内的三个分量；

根据成像模式约束的极性：

其中，k默认取0，只在反向积分成像过程中k＝1；

根据求解出的星载相机成像坐标系相对轨道坐标系期望的姿态欧拉角θ、ψ，根据欧拉角到四元数的通用转换算法得到星载相机相对轨道坐标系期望姿态四元数q_{or_c}。

2.如权利要求1所述的卫星机动成像过程中无偏流姿态的直接求解方法，其特征在于，所述的步骤S4包含以下步骤：

动态成像控制模式下，卫星星体相对轨道系的期望姿态q_{or_b}为：

其中，q_cb为星载相机成像坐标系至卫星本体系姿态四元数，q_cb＝[cos(θ) 0 sin(θ)0]，θ为相机后视角；

卫星期望角速度由期望姿态q_{or_b}微分得到：