[发明专利]一种卫星非沿迹曲线成像的姿态轨迹规划方法

说明书

本发明提供一种卫星非沿迹曲线成像的姿态轨迹规划方法，涉及卫星姿态技术领域。一种卫星非沿迹曲线成像的姿态轨迹规划方法，该方法由以下步骤组成：S1、根据地面成像点曲线A的位置以及卫星运行的轨道，分别确定卫星对地面成像点的成像时刻T，同时记录成像时刻卫星的星下点位置K。该卫星非沿迹曲线成像的姿态轨迹规划方法，通过地面成像点曲线的位置以及卫星运行的轨道和确定卫星对地面成像点的成像时，能够方便的选取地面成像点，提高曲线轨迹的覆盖面积和跟踪质量。该卫星非沿迹曲线成像的姿态轨迹规划方法，通过对成像点曲线姿态指向的约束，可以有效的得到高精度的姿态角及其角速度，从而实现了提高非沿迹曲线成像姿态轨迹精度的效果。

技术领域

本发明涉及卫星姿态技术领域，具体为一种卫星非沿迹曲线成像的姿态轨迹规划方法。

背景技术

卫星姿态是指卫星星体在轨道上运行所处的空间指向状态。直角坐标系的原点置于星体上，指向地面的Z轴反映偏航方向，Y轴反映俯仰方向，X轴反映滚动方向，通常采用三轴稳定、自旋稳定、重力梯度稳定等方式保持姿态的稳定。现有的卫星非沿迹曲线成像由于是在卫星姿态敏捷机动过程中沿地面成像条带进行主动推扫成像，所以其卫星的成像模型精准比较低、姿态规划不够准确、跟踪控制比较弱。

为解决上述问题，我们提供了一种卫星非沿迹曲线成像的姿态轨迹规划方法，具有卫星的成像模型精准、姿态规划准确、跟踪控制强等优点。

发明内容

为实现上述的目的，本发明提供如下技术方案：一种卫星非沿迹曲线成像的姿态轨迹规划方法，该方法由以下步骤组成：

S1、根据地面成像点曲线A的位置以及卫星运行的轨道，分别确定卫星对地面成像点的成像时刻T，同时记录成像时刻卫星的星下点位置K；

S2、通过成像时刻卫星的星下点位置K对应的卫星在轨位置，获取星下点位置K在轨道坐标系下的数据序列，计算出卫星搭载的光学相机对成像点精确指向时曲线对应的围绕Z轴旋转的翻滚角α；

S3、通过成像时刻卫星的星下点位置K对应的卫星在轨位置，获取星下点位置K在轨道坐标系下的数据序列，计算出卫星搭载的光学相机对成像点精确指向时曲线对应的围绕X轴旋转的俯仰角β；

S4、在根据卫星搭载的光学相机的推扫方向与成像点曲线A所在地面切线的切角方向保持一致的原理，计算出卫星搭载的光学相机对成像点精确指向时曲线对应的围绕Y轴旋转的偏航角θ；

S5、设定卫星滚转角保持不变，根据地面成像点曲线A成像时相对卫星轨道的三轴旋转角(α，β，θ)，再根据成像时刻卫星的星下点位置K推倒出相对于惯性系的姿态四元数离散序列(K，L，M，N)；

S6、设定卫星滚转角保持不变，根据卫星搭载的光学相机的推扫方向与成像点曲线A所在地面切线的切角方向，选取距离地面为D的辅助点，并计算出成像时相对于惯性系的姿态四元数离散序列(k，l，m，n)；

S7、然后根据两次成像时刻时间差计算出姿态角速度W，且计算出的角速度W为成像点T时刻的姿态角速度W；

S8、以上述成像时相对于惯性系的姿态四元数离散序列(k，l，m，n)以及姿态角速度W为依据，创建卫星姿态机动能量目标函数Q；

S9、对上述卫星姿态机动能量目标函数Q，采用伪谱法将建立的连续约束化控制问题转化为离散时间约束化控制问题，再通过求解及插值拟合，获得成像点曲线的期望姿态q和姿态角速度W。

优选的，所述取地心坐标为初始原点。

优选的，所述卫星对地面成像点的成像时刻T1-Tn，分别对应星下点位置K1-Kn。

优选的，所述星下点位置K1-Kn分别对应(α1-αn，β1-βn，θ1-θn)。

与现有技术相比，本发明提供了一种卫星非沿迹曲线成像的姿态轨迹规划方法，具备以下有益效果：