【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于衛(wèi)星成像算法領(lǐng)域，具體涉及一種成像衛(wèi)星對地觀測成像窗口的預(yù)測方法。
技術(shù)介紹
1、在眾多的工作衛(wèi)星中，對地觀測衛(wèi)星使用尤其常見。對地觀測衛(wèi)星(earthobservation?satellite，eos)是衛(wèi)星中一種用于監(jiān)測和研究地球表面情況及大氣環(huán)境的衛(wèi)星。這類衛(wèi)星可以通過星載的各種傳感器收集不同類型的數(shù)據(jù)，包括可見光譜、紅外光譜、電磁波波段等。現(xiàn)如今各種對地觀測衛(wèi)星已經(jīng)在科研、軍事、偵察等領(lǐng)域發(fā)揮非常重要的作用。在科研方面，這些衛(wèi)星可以幫助科學(xué)家研究地球的氣候變化、環(huán)境變化、生態(tài)系統(tǒng)和自然災(zāi)害。在軍事偵察方面，它們可以提供高分辨率的地表圖像和其他數(shù)據(jù)，幫助監(jiān)測和分析軍事行動。在農(nóng)業(yè)方面，對地觀測衛(wèi)星可以監(jiān)測作物生長情況、土地利用和水資源管理。由于這些衛(wèi)星種類復(fù)雜、數(shù)量眾多，它們在各個領(lǐng)域中都起到關(guān)鍵作用。星上不同類型的傳感器可以提供不同類型的數(shù)據(jù)，從而滿足各種不同的任務(wù)需求。有一些對地觀測成像衛(wèi)星的功能是災(zāi)害監(jiān)測，例如檢測森林火災(zāi)的頻率。現(xiàn)在全球森林火災(zāi)所產(chǎn)生的二氧化碳排放量占全球二氧化碳排放量的五分之一，因此使用對地觀測衛(wèi)星監(jiān)測森林火災(zāi)是非常重要的任務(wù)之一。
2、要進行衛(wèi)星的對地觀測活動，就要對衛(wèi)星進行任務(wù)規(guī)劃，其中資源分配，衛(wèi)星軌道信息，地面站資源等條件為約束條件，在這些約束條件下對衛(wèi)星進行任務(wù)規(guī)劃求解，然后制定最佳的任務(wù)執(zhí)行方案。上述過程實際上是一個復(fù)雜組合優(yōu)化問題，涉及多種約束條件和資源的調(diào)度，以及多個任務(wù)、多重時間窗口和多種優(yōu)化目標(biāo)。縱觀衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃的發(fā)展歷史，地面基站扮演了十分重要的角色
3、事實上，人類對于衛(wèi)星效率和衛(wèi)星資源利用率的追求從未停止。對于越來越復(fù)雜的空間任務(wù)，衛(wèi)星系統(tǒng)的大部分指揮控制指令，如姿態(tài)機動，數(shù)據(jù)下傳，軌道機動，資源調(diào)度等，將不再完全依靠地面發(fā)出。然而，對于以往的對地觀測衛(wèi)星而言，讓衛(wèi)星具有完全自動的自主任務(wù)規(guī)劃超出了當(dāng)時的科技水平，并且早期的衛(wèi)星擁有龐大的體積和數(shù)量巨大的傳感器，衛(wèi)星試錯成本巨大，所以工程師很長一段時間都運用在傳統(tǒng)的完全依靠地面站的調(diào)度方案的基礎(chǔ)上的改進方案，將任務(wù)指令集成度提高并且優(yōu)化任務(wù)規(guī)劃的算法，減少衛(wèi)星軌道等相關(guān)方程的計算次數(shù)來達到提高效率的目的。
4、近年來，隨著微小衛(wèi)星的迅速發(fā)展，在軌衛(wèi)星數(shù)目日益增多，這些衛(wèi)星通常需要組成星座進行空間任務(wù)活動，并且越來越多的用戶對衛(wèi)星觀測任務(wù)的復(fù)雜性和多樣化提出了更高的要求，在這種現(xiàn)狀下衛(wèi)星若是還完全依靠地面基站進行觀測任務(wù)，地面基站將會變得不堪重負(fù)。同時，遙感器的類型變得多樣，用戶信息服務(wù)需求日益增長為衛(wèi)星觀測任務(wù)帶來巨大的前景和機遇，同時也帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。主要體現(xiàn)在以下幾點：
5、1)觀測任務(wù)請求具有突發(fā)性，需要合理運用已有規(guī)劃方案與隨機到達的觀測任務(wù)請求之間的關(guān)系。
6、2)觀測點的天氣情況決定了衛(wèi)星是否可以觀測到目標(biāo)，需要處理此類信息不一致性。
7、3)通信的干擾和延遲影響控制系統(tǒng)的可靠性和魯棒性。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的就是為了解決上述問題至少其一而提供一種成像衛(wèi)星對地觀測成像窗口的預(yù)測方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中成像衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃對約束條件的考慮比較少，計算誤差大、算法復(fù)雜、成像效果較差的問題，本方案考慮到了地球扁率，軌道偏心率，大氣阻力等因素引起的攝動和誤差，并且進一步運用簡潔快速的迭代算法求解衛(wèi)星成像窗口，以提高自主任務(wù)的效率和精確度。
2、本專利技術(shù)的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
3、一種成像衛(wèi)星對地觀測成像窗口的預(yù)測方法，用于對位于地表的成像目標(biāo)進行成像，包括如下步驟：
4、步驟1：粗略搜索，采用解析方法，將地球視為理想球體，將衛(wèi)星軌道視為理想圓，搜索具備成像窗口條件的過境衛(wèi)星；
5、步驟2：成像估計，采用解析方法，將地球視為理想球體，將衛(wèi)星軌道視為理想圓，基于粗略搜索的結(jié)果估算衛(wèi)星的成像點；
6、步驟3：成像修正，采用數(shù)值算法，通過軌道外推模型補償成像估計的誤差；
7、當(dāng)衛(wèi)星不具備姿態(tài)機動能力或成像目標(biāo)超出衛(wèi)星姿態(tài)機動范圍時：步驟1與步驟2，將衛(wèi)星的相機光軸指向作為初始位置，根據(jù)衛(wèi)星相機傾角和fov，得到經(jīng)過大圓的角度偏差，再得到位于成像目標(biāo)的緯線tll上的經(jīng)度偏差，最后得到衛(wèi)星成像窗口估計值；步驟3，通過軌道外推模型計算衛(wèi)星的精確坐標(biāo)，該軌道外推模型中考慮由地球扁率、軌道偏心率和大氣阻力綜合引起的久期微擾、長周期擾動和短周期擾動，代入成像窗口估計值使用迭代方程求解成像窗口；
8、所述的成像窗口的條件為：rl·vl＝0，其中，rl為成像目標(biāo)與相機光軸的投影點連線的位置矢量，vl為相機光軸的投影點的速度矢量；
9、當(dāng)衛(wèi)星具備姿態(tài)機動能力時：步驟1，確定衛(wèi)星相機的極限成像角，搜索具備成像窗口條件的過境衛(wèi)星；步驟2，包含成像目標(biāo)與衛(wèi)星在地球投影點的大圓與衛(wèi)星軌道平面垂直，獲取成像目標(biāo)相對于相機光軸在地面投影的大圓的參數(shù)，得到衛(wèi)星成像窗口的數(shù)量并估計近似成像點；步驟3，應(yīng)用軌道外推模型獲取成像窗口；
10、所述的成像窗口的條件為：相機光軸與目標(biāo)傾斜矢量重合的時刻，所述的目標(biāo)傾斜矢量為衛(wèi)星與成像目標(biāo)連線的位置矢量。
11、優(yōu)選的，當(dāng)衛(wèi)星不具備姿態(tài)機動能力時，基于二體運動建模：
12、步驟1：當(dāng)成像目標(biāo)和衛(wèi)星軌跡在tll處的經(jīng)度偏移角滿足：δv1≥dv≥δv2，該衛(wèi)星具備成像窗口的條件；其中，δv1和δv2分別為衛(wèi)星相機的極限成像角對應(yīng)的在tll處的經(jīng)度偏移角，dv為衛(wèi)星繞地n圈后衛(wèi)星軌跡與成像目標(biāo)之間的經(jīng)度差角；
13、步驟2：根據(jù)衛(wèi)星在tll處的相位角α、衛(wèi)星在時間t0時于tll處與成像目標(biāo)之間的初始經(jīng)度偏移角δv和衛(wèi)星軌道傾斜角i估計成像點；
14、步驟3：通過軌道外推模型獲取衛(wèi)星的精確位置坐標(biāo)，計算當(dāng)前衛(wèi)星位置到成像窗口的條件所要求的位置的時間誤差δt，將δt加入估計時間中再次代入軌道外推模型進行迭代，直至δt處于允許的公差范圍內(nèi)，完成迭代。
15、優(yōu)選的，步驟1中：
16、于地表設(shè)定：成像目標(biāo)為t，衛(wèi)星軌跡與tll的交點為c，衛(wèi)星軌跡與赤道面的交點為d；
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【技術(shù)保護點】
1.一種成像衛(wèi)星對地觀測成像窗口的預(yù)測方法，用于對位于地表的成像目標(biāo)進行成像，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種成像衛(wèi)星對地觀測成像窗口的預(yù)測方法，其特征在于，當(dāng)衛(wèi)星不具備姿態(tài)機動能力時，基于二體運動建模：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種成像衛(wèi)星對地觀測成像窗口的預(yù)測方法，其特征在于，步驟1中：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種成像衛(wèi)星對地觀測成像窗口的預(yù)測方法，其特征在于，所述的極限成像角計算時，添加0.5-1度的邊距于衛(wèi)星相機的FOV中。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種成像衛(wèi)星對地觀測成像窗口的預(yù)測方法，其特征在于，步驟2中：
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種成像衛(wèi)星對地觀測成像窗口的預(yù)測方法，其特征在于，步驟3中：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種成像衛(wèi)星對地觀測成像窗口的預(yù)測方法，其特征在于，當(dāng)衛(wèi)星具備姿態(tài)機動能力時，衛(wèi)星相機的成像區(qū)域為大圓環(huán)帶：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種成像衛(wèi)星對地觀測成像窗口的預(yù)測方法，其特征在于，步驟1中：
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種成像衛(wèi)星
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種成像衛(wèi)星對地觀測成像窗口的預(yù)測方法，其特征在于，步驟3中：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種成像衛(wèi)星對地觀測成像窗口的預(yù)測方法，用于對位于地表的成像目標(biāo)進行成像，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種成像衛(wèi)星對地觀測成像窗口的預(yù)測方法，其特征在于，當(dāng)衛(wèi)星不具備姿態(tài)機動能力時，基于二體運動建模：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種成像衛(wèi)星對地觀測成像窗口的預(yù)測方法，其特征在于，步驟1中：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種成像衛(wèi)星對地觀測成像窗口的預(yù)測方法，其特征在于，所述的極限成像角計算時，添加0.5-1度的邊距于衛(wèi)星相機的fov中。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種成像衛(wèi)星對地觀測成像窗口的預(yù)測方法...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：慕忠成，杜孝文，王子健，龔凡睿，
申請(專利權(quán))人：上海交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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