[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

说明书

一种卫星机动成像过程中无偏流姿态的直接求解方法，通过对成像坐标系像移速度矢量的推导，利用相机光轴指向约束和像移速度方向约束，给出了卫星机动成像过程中无偏流姿态的直接求解方法，避免了偏流角迭代计算，极大降低了星载软件计算量。

技术领域

本发明涉及一种卫星机动成像过程中无偏流姿态的直接求解方法。

背景技术

动态成像技术，是指卫星在三轴姿态机动过程中，开启相机进行“动中拍”成像，并在成像过程中实时调整光轴对地指向，从而实现姿态对地指向不断变化的成像方式。动态成像方式，利用卫星姿态的机动来解决宽幅宽与高分辨率的矛盾，在姿态控制稳定度上具备了相当的能力后，姿态机动过程中采用推扫成像的方式，从而大大提高图像覆盖能力。其中姿态机动角速度，即可能沿飞行方向也可能垂直飞行方向，因此要求卫星任意姿态机动过程都能够实现偏流角高精度跟踪控制。

星载相机系统在实现高分辨率的同时，为降低难度其视场角较小，导致地面覆盖宽度往往较小。因此可利用卫星高速的姿态机动能力，快速改变相机的对地指向，并通过卫星姿态控制跟踪相机偏流角，进而高效、高精度的获取所需的非星下点目标遥感数据。在多种敏捷卫星成像工作模式中，卫星姿态机动过程成像的工作模式最为高效，由于该模式对考虑相机偏流角的动态姿态规划提出了特殊要求，因此姿态控制系统任务也最为复杂。实现机动成像的关键在于期望姿态和角速度的计算，要求所计算出的期望姿态和角速度能够保证星载相机偏流角为零。

相机偏流角跟踪控制问题的实质是，通过卫星姿态规划与姿态控制，保证相机成像坐标系内像移速度指向CCD积分方向。即保证成像坐标系内像移速度矢量在垂直CCD积分方向的分量为零。

卫星在轨飞行过程中，根据标称姿态计算出偏流角后，跟踪该偏流角到位时，新的姿态和角速度又将对应新的偏流角。以往存在的可行方法是，采用迭代思想，每个控制周期重新计算目标姿态和目标姿态对应的偏流角，并在下一控制周期的目标姿态中转过该偏流角，直至最终目标姿态和角速度对应的偏流角接近零，即达到了高精度偏流角控制的目标。但对于卫星姿态机动过程成像问题，星体姿态、角速度变化剧烈，为实现高精度偏流角跟踪目标姿态规划，须在同一控制周期内进行多次相机偏流角模型迭代计算，运算量较大。

发明内容

本发明提供一种卫星机动成像过程中无偏流姿态的直接求解方法，通过对成像坐标系像移速度矢量的推导，利用相机光轴指向约束和像移速度方向约束，给出了卫星机动成像过程中无偏流姿态的直接求解方法，避免了偏流角迭代计算，极大降低了星载软件计算量。

为了达到上述目的，本发明提供一种卫星机动成像过程中无偏流姿态的直接求解方法，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