本發(fā)明涉及衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃，尤其涉及一種主動推掃星上任務(wù)規(guī)劃方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，主動推掃成像技術(shù)作為一種先進(jìn)的遙感成像模式，已經(jīng)得到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注和研究。

2、在傳統(tǒng)推掃成像過程中，衛(wèi)星通常依靠軌道沿跡運(yùn)動，結(jié)合儀器的橫向掃描來實(shí)現(xiàn)對地表的成像。然而，隨著任務(wù)需求的復(fù)雜化，傳統(tǒng)的成像方式已經(jīng)難以滿足對特定區(qū)域進(jìn)行高分辨率、快速成像的要求。為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，敏捷遙感光學(xué)衛(wèi)星憑借其高度靈活的姿態(tài)控制能力，可以通過快速調(diào)整姿態(tài)來主動改變成像區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)對特定目標(biāo)區(qū)域的高精度成像。在這一過程中，準(zhǔn)確掌握衛(wèi)星的姿態(tài)與姿態(tài)角速度成為關(guān)鍵。現(xiàn)有技術(shù)中雖然在推掃成像算法方面取得了一定進(jìn)展，但在如何利用敏捷遙感衛(wèi)星的高機(jī)動性，快速計算并調(diào)整其姿態(tài)和角速度，以確保成像過程的高效性和精確性方面，仍缺乏完善的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種主動推掃星上任務(wù)規(guī)劃方法及系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中衛(wèi)星主動推掃存在的缺陷。

2、第一方面，本發(fā)明提供一種主動推掃星上任務(wù)規(guī)劃方法，包括：

3、根據(jù)衛(wèi)星、地面目標(biāo)點(diǎn)以及地球之間的空間幾何關(guān)系，計算衛(wèi)星的開始穩(wěn)定推掃滾動角以及結(jié)束穩(wěn)定推掃滾動角；

4、基于所述開始穩(wěn)定推掃滾動角和所述結(jié)束穩(wěn)定推掃滾動角計算衛(wèi)星的主動推掃滾動角速度，并確定開始穩(wěn)定推掃偏流角；

5、通過所述主動推掃滾動角速度計算衛(wèi)星的主動推掃開始時間和期望姿態(tài)歐拉角；

6、利用所述主動推掃開始時間和所述期望姿態(tài)歐拉角計算得到衛(wèi)星在主動推掃過程中的期望姿態(tài)、當(dāng)前姿態(tài)、期望姿態(tài)角速度和當(dāng)前姿態(tài)角速度。

7、根據(jù)本發(fā)明提供的一種主動推掃星上任務(wù)規(guī)劃方法，根據(jù)衛(wèi)星、地面目標(biāo)點(diǎn)以及地球之間的空間幾何關(guān)系，計算衛(wèi)星的開始穩(wěn)定推掃滾動角以及結(jié)束穩(wěn)定推掃滾動角，包括：

8、獲取衛(wèi)星的開始推掃地面點(diǎn)對應(yīng)的地理經(jīng)度、地理緯度和大地高度，結(jié)合地面目標(biāo)點(diǎn)、地心和星下點(diǎn)與推掃軌跡之間任一偏移點(diǎn)，確定開始推掃地面點(diǎn)；

9、獲取衛(wèi)星的結(jié)束推掃地面點(diǎn)對應(yīng)的地理經(jīng)度、地理緯度和大地高度，結(jié)合地面目標(biāo)點(diǎn)、地心和星下點(diǎn)與推掃軌跡之間任一偏移點(diǎn)，確定結(jié)束推掃地面點(diǎn)；

10、由開始推掃地面點(diǎn)確定推掃到地面點(diǎn)對應(yīng)的時刻和開始穩(wěn)定推掃滾動角，由結(jié)束推掃地面點(diǎn)確定推掃到地面點(diǎn)對應(yīng)的時刻和結(jié)束穩(wěn)定推掃滾動角。

11、根據(jù)本發(fā)明提供的一種主動推掃星上任務(wù)規(guī)劃方法，基于所述開始穩(wěn)定推掃滾動角和所述結(jié)束穩(wěn)定推掃滾動角計算衛(wèi)星的主動推掃滾動角速度，并確定開始穩(wěn)定推掃偏流角，包括：

12、根據(jù)推掃到地面點(diǎn)對應(yīng)的時刻、開始穩(wěn)定推掃滾動角、推掃到地面點(diǎn)對應(yīng)的時刻和結(jié)束穩(wěn)定推掃滾動角，計算得到主動推掃滾動角速度；

13、通過基于軌道力學(xué)和衛(wèi)星姿態(tài)動力學(xué)的偏流角計算方法，利用目標(biāo)點(diǎn)在軌道坐標(biāo)系中的方位矢量投影，計算推掃到地面點(diǎn)時對應(yīng)的開始穩(wěn)定推掃偏流角。

14、根據(jù)本發(fā)明提供的一種主動推掃星上任務(wù)規(guī)劃方法，通過所述主動推掃滾動角速度計算衛(wèi)星的主動推掃開始時間和期望姿態(tài)歐拉角，包括：

15、對主動推掃滾動角速度進(jìn)行插值獲取主動推掃開始時的機(jī)動時間；

16、由推掃到地面點(diǎn)對應(yīng)的時刻減去主動推掃開始時的機(jī)動時間，得到主動推掃開始時間；

17、確定期望姿態(tài)歐拉角為321轉(zhuǎn)序，其中，，。

18、根據(jù)本發(fā)明提供的一種主動推掃星上任務(wù)規(guī)劃方法，利用所述主動推掃開始時間和所述期望姿態(tài)歐拉角計算得到衛(wèi)星在主動推掃過程中的期望姿態(tài)、當(dāng)前姿態(tài)、期望姿態(tài)角速度和當(dāng)前姿態(tài)角速度，包括：

19、計算主動推掃過程中時刻衛(wèi)星的期望姿態(tài)；

20、由所述期望姿態(tài)確定主動推掃過程中時刻衛(wèi)星的當(dāng)前姿態(tài)四元數(shù)；

21、計算主動推掃過程中時刻衛(wèi)星的期望姿態(tài)角速度；

22、由所述期望姿態(tài)確定主動推掃過程中時刻衛(wèi)星的當(dāng)前姿態(tài)角速度。

23、根據(jù)本發(fā)明提供的一種主動推掃星上任務(wù)規(guī)劃方法，計算主動推掃過程中時刻衛(wèi)星的期望姿態(tài)，包括：

24、由地面遙控指令確定當(dāng)前工作相機(jī)，獲取所述當(dāng)前工作相機(jī)的第二相機(jī)坐標(biāo)系，確定從衛(wèi)星本體坐標(biāo)系至所述第二相機(jī)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，依據(jù)所述轉(zhuǎn)換關(guān)系獲取衛(wèi)星本體坐標(biāo)系至所述第二相機(jī)坐標(biāo)系的姿態(tài)四元數(shù)；

25、確定321轉(zhuǎn)序下時刻的期望姿態(tài)歐拉角為，其中，，為規(guī)劃所得的滾動角速度，為規(guī)劃所得時刻的滾動角，得到對應(yīng)的未加偏流角修正軌道系到相機(jī)坐標(biāo)系的期望姿態(tài)四元數(shù)為；

26、采用偏流角計算動態(tài)鏈接庫得到的對期望姿態(tài)四元數(shù)進(jìn)行修正：

27、

28、為單位向量，表示旋轉(zhuǎn)軸的方向，為偏流角修正后的旋轉(zhuǎn)四元數(shù)；

29、采用偏流角修正后軌道系到相機(jī)坐標(biāo)系的期望姿態(tài)四元數(shù)為：

30、

31、得到慣性系到所述第二相機(jī)坐標(biāo)系的期望姿態(tài)四元數(shù)為，由衛(wèi)星本體系到所述第二相機(jī)坐標(biāo)系的姿態(tài)四元數(shù)為，得到慣性系到衛(wèi)星本體系的期望姿態(tài)四元數(shù)為。

32、根據(jù)本發(fā)明提供的一種主動推掃星上任務(wù)規(guī)劃方法，計算主動推掃過程中時刻衛(wèi)星的期望姿態(tài)角速度，包括：

33、確定包含偏流角修正的姿態(tài)角旋轉(zhuǎn)順序是3213，c軸為軌道坐標(biāo)系，b軸為衛(wèi)星本體坐標(biāo)系；

34、第一次繞zc軸旋轉(zhuǎn)的偏航角，偏航角速度，第二次繞yc軸旋轉(zhuǎn)，俯仰角，俯仰角速度，第三次繞xc軸旋轉(zhuǎn)，滾轉(zhuǎn)角進(jìn)行推掃，第四次繞zb軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)行偏流角修正得到；

35、確定為繞zc軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)矩陣，則衛(wèi)星相對軌道系角速度在相機(jī)坐標(biāo)系投影為：

36、

37、衛(wèi)星相對軌道系角速度在本體坐標(biāo)系投影為；

38、將軌道系的牽連角速度為投影到衛(wèi)星本體坐標(biāo)系得：

39、

40、為衛(wèi)星的軌道平均角速度；

41、得到衛(wèi)星的期望總角速度為：

42、。

43、第二方面，本發(fā)明還提供一種主動推掃星上任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)，包括：

44、第一計算模塊，用于根據(jù)衛(wèi)星、地面目標(biāo)點(diǎn)以及地球之間的空間幾何關(guān)系，計算衛(wèi)星的開始穩(wěn)定推掃滾動角以及結(jié)束穩(wěn)定推掃滾動角；

45、第二計算模塊，用于基于所述開始穩(wěn)定推掃滾動角和所述結(jié)束穩(wěn)定推掃滾動角計算衛(wèi)星的主動推掃滾動角速度，并確定開始穩(wěn)定推掃偏流角；

46、第三計算模塊，用于通過所述主動推掃滾動角速度計算衛(wèi)星的主動推掃開始時間和期望姿態(tài)歐拉角；

47、第四計算模塊，用于利用所述主動推掃開始時間和所述期望姿態(tài)歐拉角計算得到衛(wèi)星在主動推掃過程中的期望姿態(tài)、當(dāng)前姿態(tài)、期望姿態(tài)角速度和當(dāng)前姿態(tài)角速度。

48、第三方面，本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運(yùn)行的計算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時實(shí)現(xiàn)如上述任一種所述主動推掃星上任務(wù)規(guī)劃方法。

49、第四方面，本發(fā)明還提供一種非暫態(tài)計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，該計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)如上述任一種所述主動推掃星上任務(wù)規(guī)劃方法。

50、本發(fā)明提供的主動推掃星上任務(wù)規(guī)劃方法及系統(tǒng)，通過利用主動推掃模式的控制算法，能夠精準(zhǔn)計算衛(wèi)星的期望姿態(tài)和期望姿態(tài)角速度，從而確保衛(wèi)星按照預(yù)定的推掃路徑執(zhí)行任務(wù)，保證推掃過程的高精度與高效性。