[发明专利]一种基于地球反照的模拟式太阳敏感器抗干扰方法

摘要

本发明提供了一种基于地球反照的模拟式太阳敏感器抗干扰方法，涉及属于敏感器抗干扰领域，本发明建立地球反照率模型，计算太阳敏感器接收的辐照度，并由此得到辐照度统计特性，通过获取太阳光与地球反照光判别函数，即可作为太阳敏感器对地球反照的抗干扰依据，进行太阳光和地球反照光的区分。本发明针对基于地球反照的太阳敏感器抗干扰问题，不仅分析了地球反照情况下辐照度与入射角之间的关系，而且设计线性分类器，确定太阳光与地球反照光之间的线性判别函数，能够充分利用测量信息提高抗干扰的正确率，本发明的分析结果表明该抗干扰方法的合理性，能为太阳敏感器测量量的正确使用提供参考依据。

主权项

1.一种基于地球反照的模拟式太阳敏感器抗干扰方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1：建立地球反照率模型将地球按照纬度间隔Δφ，经度间隔Δθ进行网格划分，根据全年全球反照率的实测数据，计算各数据点的全年反照率平均值，作为地球反照率模型；详细步骤如下：将地球按照纬度间隔Δφ，经度间隔Δθ进行网格划分，获得l×p个数据点，对应2维的数据空间Φ×Θ：式中,Φ为数据点的纬度集合，Θ为数据点的经度集合，φa为数据点的纬度，且φa∈Φ，a∈{1,2,...l}，θb为数据点经度，且θb∈Θ，b∈{1,2,...p}；对每一数据点统计n天的反照率数据，进行平均值的计算：式中，ρj(φa,θb)为数据点(φa,θb)在第j天的反照率，j∈{1,2,…n}，ρ(φa,θb)为数据点(φa,θb)的平均反照率；步骤2：计算太阳敏感器接收的辐照度根据黑体法则和朗伯体假设，每个数据点按照φ±Δφ/2和θ±Δθ/2扩展为微元，得到从单一微元到太阳敏感器的地球反照辐射通量密度，将地球表面光照区和太阳敏感器视场的交集区域中所有微元相加，计算卫星接收的总体地球反照光辐照度和太阳光辐照度；详细步骤如下：步骤2.1：地球反照表面区域为光照区与敏感器视场的交集，利用以下计算公式判断微元是否同时处于光照区和敏感器视场内：式中，αsun为太阳光在地表某点上的入射角，αsensor为反照光在太阳敏感器上的入射角，rgsat为地表某点指向卫星的距离矢量，Ls为太阳光线的单位矢量，ng为地表某点法线单位矢量，nsensor为太阳敏感器法线单位矢量；当αsun＜90°，微元处于光照区；当αsensor＜FOV且αsensor＜90°，微元处于太阳敏感器视场内，其中FOV为太阳敏感器半视场角；步骤2.2：计算太阳敏感器接收的反照光辐照度每个数据点按照φ±Δφ/2和θ±Δθ/2扩展为微元，微元面积Ac为：式中：R为地球平均半径；从某一微元到太阳敏感器的地球反照辐射通量密度Evalid为：其中，太阳平均辐照度EAM0＝1366.5W/m2，αsat为太阳光在地表某点上的漫反射角；根据是否处于光照区与敏感器视场区域，可得到太阳敏感器接收的反照光辐照度Erft：式中，Vsat为太阳敏感器视场区域，Vsun为地球表面光照区域；步骤2.3：计算接收的太阳光辐照度根据太阳位置、敏感器位置和太阳光入射角大小，计算接收的太阳光辐照度Esun：其中，βsensor为太阳光直射在太阳敏感器上的入射角；步骤2.4：计算太阳敏感器接收的总辐照度E、入射角γ和太阳指示标志σ，计算公式如下：步骤3：辐照度统计特性利用蒙特卡洛法，随机生成太阳矢量、卫星位置以及太阳敏感器方向，根据太阳敏感器给定数值设定太阳敏感器视场FOV，根据卫星运行轨道设定轨道高度，根据步骤2计算的球反照光辐照度和太阳光辐照度，继而获得每一次蒙特卡洛试验的总辐照度、入射角和太阳指示标志；将总辐照度和入射角画出x‑y散点图中，即得到总辐照度与入射角之间的统计关系图；步骤4：获取太阳光与地球反照光判别函数根据步骤3的总辐照度与入射角之间的统计关系图，依据太阳指示标志σk的取值判断样本点是否为太阳光，按照样本点是否为太阳光将样本点划分为两类，将包含总辐照度和入射角所有样本点设为训练样本，引入最小均方误差方法，获得线性判别函数的权向量，将权向量代入判别函数，获得线性分类器，即可作为太阳敏感器对地球反照的抗干扰依据，进行太阳光和地球反照光的区分。