[发明专利]获取科学卫星观测指向的方法

说明书

本公开提供一种获取科学卫星观测指向的方法，包括：操作S1：依据卫星本体坐标系定义，确认卫星载荷视场方向；操作S2：基于卫星姿态四元数，计算卫星姿态旋转矩阵；操作S3：计算卫星当前观测指向在天球上投影点的坐标；以及操作S4：计算卫星当前观测指向在天球上投影点的赤经、赤纬。能够缓解现有技术中无法准确地获取科学卫星观测指向等技术问题。

技术领域

本公开涉及卫星数据处理技术领域，尤其涉及一种获取科学卫星观测指向的方法。

背景技术

对地观测卫星的观测目标为地球，其观测指向为卫星星下点及其附近区域。基于卫星姿态数据、轨道数据，计算对地观测卫星观测指向已经是一个成熟的领域。如专利“一种航天器对地表定向目标姿态角计算方法”(申请公布号CN 108427427A)提出了一种基于地球椭球体模型、卫星姿轨数据，计算卫星对地球表面定向目标姿态角的方法。

区别于传统的对地观测卫星，科学卫星的观测对象一般为宇宙中遥远的天体目标、宇宙粒子辐射等，卫星姿态模式通常采用对日定向、惯性空间定向等方式。如图1所示，空间科学领域一般采用天球坐标系描述其观测目标位置。天球是一个假想的球体，理论上半径任意大小，天球坐标系原点为天球球心，通常为地球质心。在宇宙大尺度体系中，与卫星到宇宙目标之间的距离相比，卫星与地球之间的距离可以忽略，进而将卫星与地球看作一个整体。因此，科学卫星观测指向为天球球心到观测方向在天球上的投影点的矢量，与卫星轨道位置无关，仅与卫星姿态密切相关。因此，传统的对地观测卫星指向计算方法不适用于计算科学卫星的观测指向。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种基于姿态四元数获取科学卫星观测指向的方法，以解决现有技术中无法准确地获取科学卫星观测指向的技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种获取科学卫星观测指向的方法，包括：

操作S1：依据卫星本体坐标系定义，确认卫星载荷视场方向；

操作S2：基于卫星姿态四元数，计算卫星姿态旋转矩阵；

操作S3：计算卫星当前观测指向在天球上投影点的坐标；以及

操作S4：计算卫星当前观测指向在天球上投影点的赤经、赤纬。

在本公开实施例中，定义卫星本体坐标系原点为O，X轴垂直于星箭分离面、指向载荷视场方向；Y轴指向太阳翼展开方向；Z轴按右旋正交系与X轴、Y轴组成的平面垂直。

在本公开实施例中，所述姿态四元数表达为(q0，q1，q2，q3)，其中，q0为姿态四元数的实部，q1、q2、q3为姿态四元数的虚部，满足范数为1。

在本公开实施例中，所述姿态旋转矩阵表示的是卫星本体坐标系与赤道地心惯性坐标系重合的初始姿态到当前姿态的转换关系，姿态旋转矩阵P为：

在本公开实施例中，操作S2中，针对星敏坐标系与卫星本体坐标系不同轴、姿态旋转矩阵以星敏坐标系为基准的情况，先完成卫星本体坐标系到星敏坐标系的转换，再完成到天球坐标系的姿态旋转转换。

在本公开实施例中，设定卫星初始姿态为与赤道地心惯性坐标系重合，其视场方向在天球上的投影点为A₀点；基于姿态四元数进行姿态旋转之后，在天球上的投影点为A点，则A点在赤道地心惯性坐标系中的坐标为：

A＝PA₀。

在本公开实施例中，由姿态旋转矩阵P计算A点坐标，公式如下：