本發(fā)明涉及衛(wèi)星跟蹤成像姿態(tài)導(dǎo)引，具體地，涉及一種對(duì)合作目標(biāo)跟蹤成像的衛(wèi)星姿態(tài)導(dǎo)引方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、低軌衛(wèi)星相機(jī)對(duì)地面、海上或空中目標(biāo)進(jìn)行成像時(shí)，由于衛(wèi)星軌道運(yùn)動(dòng)的存在，需要通過(guò)姿態(tài)機(jī)動(dòng)來(lái)保持對(duì)目標(biāo)的跟蹤。衛(wèi)星在對(duì)合作目標(biāo)進(jìn)行跟蹤成像時(shí)，可以事先約定運(yùn)動(dòng)軌跡，衛(wèi)星可根據(jù)既定軌跡來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)合作目標(biāo)的跟蹤成像?，F(xiàn)有方法給出了一些運(yùn)動(dòng)軌跡姿態(tài)跟蹤導(dǎo)引方法，但這些方法在對(duì)復(fù)雜動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行高精度姿態(tài)跟蹤時(shí)不再適用。

2、專(zhuān)利文獻(xiàn)cn106125745b公開(kāi)了一種對(duì)空間合作目標(biāo)跟蹤成像的衛(wèi)星姿態(tài)控制方法，但針對(duì)的是空間目標(biāo)，其運(yùn)行軌跡較為規(guī)律，不適用于本技術(shù)針對(duì)的地面、海上或空中的動(dòng)態(tài)合作目標(biāo)。

3、專(zhuān)利文獻(xiàn)cn107622508a公開(kāi)了一種視頻衛(wèi)星對(duì)非合作目標(biāo)的跟蹤方法，但針對(duì)的是非合作目標(biāo)，需要識(shí)別目標(biāo)并計(jì)算相對(duì)光軸中心的脫靶量，系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，不適用于本技術(shù)對(duì)合作目標(biāo)的跟蹤場(chǎng)景。

4、專(zhuān)利文獻(xiàn)cn104960674a公開(kāi)了一種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的指向跟蹤控制方法，但其輸入條件為衛(wèi)星指向目標(biāo)的姿態(tài)序列，而工程實(shí)際中確定姿態(tài)序列或者進(jìn)行衛(wèi)星軌跡預(yù)測(cè)存在誤差，不適用于高精度的姿態(tài)指向。

5、專(zhuān)利文獻(xiàn)cn114935934a公開(kāi)了基于坐標(biāo)裝訂的航天器相對(duì)運(yùn)動(dòng)高精度指向續(xù)光控制方法，其使用了跟蹤指向單元捕獲目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)光學(xué)特性，但容易受天氣等其他因素干擾，影響成功率和場(chǎng)景適用性。

6、專(zhuān)利文獻(xiàn)cn116692028a公開(kāi)了一種小衛(wèi)星對(duì)地快速凝視指向跟蹤控制方法及裝置，介紹了一種星上實(shí)時(shí)計(jì)算目標(biāo)姿態(tài)的方法，但是針對(duì)的是地面固定目標(biāo)，不涉及動(dòng)目標(biāo)跟蹤。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)合作目標(biāo)跟蹤成像的衛(wèi)星姿態(tài)導(dǎo)引方法及系統(tǒng)。

2、根據(jù)本發(fā)明提供的一種對(duì)合作目標(biāo)跟蹤成像的衛(wèi)星姿態(tài)導(dǎo)引方法，包括：

3、信息采集步驟：采集合作目標(biāo)的參數(shù)信息；所述參數(shù)信息包括軌跡序列的時(shí)間信息、軌跡經(jīng)度、軌跡緯度和軌跡高度；

4、導(dǎo)引計(jì)算步驟：將軌跡經(jīng)度、軌跡緯度、軌跡高度與歸一化后的時(shí)間信息進(jìn)行高階多項(xiàng)式擬合，計(jì)算得到衛(wèi)星指向合作目標(biāo)的三軸導(dǎo)引姿態(tài)。

5、優(yōu)選的，所述導(dǎo)引計(jì)算步驟包括：

6、步驟s1.0：對(duì)合作目標(biāo)軌跡序列的時(shí)間信息進(jìn)行歸一化處理；

7、步驟s1.1：將軌跡經(jīng)度、軌跡緯度、軌跡高度與歸一化后的時(shí)間信息進(jìn)行高階多項(xiàng)式擬合，得到分別對(duì)應(yīng)的擬合系數(shù)；

8、步驟s1.2：根據(jù)擬合系數(shù)計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻合作目標(biāo)的實(shí)時(shí)經(jīng)度、緯度和高度；

9、步驟s1.3：根據(jù)得到的實(shí)時(shí)信息，計(jì)算合作目標(biāo)在地固坐標(biāo)系和慣性坐標(biāo)系中的位置；

10、步驟s1.4：基于合作目標(biāo)在坐標(biāo)系中的位置，計(jì)算得到衛(wèi)星指向合作目標(biāo)的三軸導(dǎo)引姿態(tài)。

11、優(yōu)選的，所述步驟s1.0包括：

12、將合作目標(biāo)軌跡序列的時(shí)間信息tm按照以下方式進(jìn)行歸一化：

13、

14、式中，tm_max和tm_min分別為tm序列中的最大值和最小值。

15、優(yōu)選的，所述步驟s1.1包括：

16、步驟s1.1.1：計(jì)算經(jīng)度的擬合系數(shù)lon(i)，其中i＝1,2,...,13；

17、

18、式中，λm(k)，k＝1,2,...,n分別表示合作目標(biāo)軌跡序列的n個(gè)軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的經(jīng)度，矩陣a的計(jì)算方式如下：

19、

20、式中，tm(k)，k＝1,2,...,n，分別表示合作目標(biāo)軌跡序列的n個(gè)軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的歸一化后的時(shí)間；

21、步驟s1.1.2：計(jì)算緯度的擬合系數(shù)lat(i)，其中i＝1,2,...,13；

22、

23、式中，φm(k)，k＝1,2,...,n分別表示合作目標(biāo)軌跡序列的n個(gè)軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的緯度；

24、步驟s1.1.3：計(jì)算高度的擬合系數(shù)alt(i)，其中i＝1,2,...,13；

25、

26、式中，hm(k)，k＝1,2,...,n分別表示合作目標(biāo)軌跡序列的n個(gè)軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的高度。

27、優(yōu)選的，所述步驟s1.2包括：

28、步驟s1.2.1：根據(jù)上注的經(jīng)度擬合系數(shù)lon(i)計(jì)算在當(dāng)前時(shí)刻t時(shí)合作目標(biāo)的實(shí)時(shí)經(jīng)度λ：

29、

30、λ＝lon(1)+lon(2)×t+lon(3)×t2+...+lon(13)×t12；

31、步驟s1.2.2：根據(jù)上注的緯度擬合系數(shù)lat(i)計(jì)算在當(dāng)前時(shí)刻t時(shí)合作目標(biāo)的實(shí)時(shí)緯度φ：

32、φ＝lat(1)+lat(2)×t+lat(3)×t2+...+lat(13)×t12；

33、步驟s1.2.3：根據(jù)上注的高度擬合系數(shù)alt(i)計(jì)算在當(dāng)前時(shí)刻t時(shí)合作目標(biāo)的實(shí)時(shí)高度h：

34、h＝alt(1)+alt(2)×t+alt(3)×t2+...+alt(13)×t12。

35、優(yōu)選的，所述步驟s1.3包括：

36、步驟s1.3.1：計(jì)算合作目標(biāo)在wgs84地固坐標(biāo)系中的位置投影

37、式中，re和fe分別為地球赤道半徑和地球扁率；

38、步驟s1.3.2：計(jì)算合作目標(biāo)在j2000慣性坐標(biāo)系中的位置投影

39、

40、式中，mecf2eci為wgs84地固坐標(biāo)系到j(luò)2000慣性坐標(biāo)系的姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣。

41、優(yōu)選的，所述步驟s1.4包括：

42、計(jì)算衛(wèi)星指向合作目標(biāo)的三軸導(dǎo)引姿態(tài)

43、

44、式中，ix,iy,iz的計(jì)算方式如下：

45、

46、其中，和分別為衛(wèi)星的位置矢量和速度矢量在j2000慣性坐標(biāo)系中的投影。

47、根據(jù)本發(fā)明提供的一種對(duì)合作目標(biāo)跟蹤成像的衛(wèi)星姿態(tài)導(dǎo)引系統(tǒng)，包括：

48、信息采集模塊：采集合作目標(biāo)的參數(shù)信息；所述參數(shù)信息包括軌跡序列的時(shí)間信息、軌跡經(jīng)度、軌跡緯度和軌跡高度；

49、導(dǎo)引計(jì)算模塊：將軌跡經(jīng)度、軌跡緯度、軌跡高度與歸一化后的時(shí)間信息進(jìn)行高階多項(xiàng)式擬合，計(jì)算得到衛(wèi)星指向合作目標(biāo)的三軸導(dǎo)引姿態(tài)。

50、優(yōu)選的，所述導(dǎo)引計(jì)算模塊包括：

51、模塊m1.0：對(duì)合作目標(biāo)軌跡序列的時(shí)間信息進(jìn)行歸一化處理；

52、模塊m1.1：將軌跡經(jīng)度、軌跡緯度、軌跡高度與歸一化后的時(shí)間信息進(jìn)行高階多項(xiàng)式擬合，得到分別對(duì)應(yīng)的擬合系數(shù)；

53、模塊m1.2：根據(jù)擬合系數(shù)計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻合作目標(biāo)的實(shí)時(shí)經(jīng)度、緯度和高度；

54、模塊m1.3：根據(jù)得到的實(shí)時(shí)信息，計(jì)算合作目標(biāo)在地固坐標(biāo)系和慣性坐標(biāo)系中的位置；

55、模塊m1.4：基于合作目標(biāo)在坐標(biāo)系中的位置，計(jì)算得到衛(wèi)星指向合作目標(biāo)的三軸導(dǎo)引姿態(tài)。

56、優(yōu)選的，所述模塊m1.0包括：

57、將合作目標(biāo)軌跡序列的時(shí)間信息tm按照以下方式進(jìn)行歸一化：

58、

59、式中，tm_max和tm_min分別為tm序列中的最大值和最小值。

60、優(yōu)選的，所述模塊m1.1包括：

61、模塊m1.1.1：計(jì)算經(jīng)度的擬合系數(shù)lon(i)，其中i＝1,2,...,13；

62、

63、式中，λm(k)，k＝1,2,...,n分別表示合作目標(biāo)軌跡序列的n個(gè)軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的經(jīng)度，矩陣a的計(jì)算方式如下：

64、

65、式中，tm(k)，k＝1,2,...,n，分別表示合作目標(biāo)軌跡序列的n個(gè)軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的歸一化后的時(shí)間；

66、模塊m1.1.2：計(jì)算緯度的擬合系數(shù)lat(i)，其中i＝1,2,...,13；

67、

68、式中，φm(k)，k＝1,2,...,n分別表示合作目標(biāo)軌跡序列的n個(gè)軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的緯度；

69、模塊m1.1.3：計(jì)算高度的擬合系數(shù)alt(i)，其中i＝1,2,...,13；

70、

71、式中，hm(k)，k＝1,2,...,n分別表示合作目標(biāo)軌跡序列的n個(gè)軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的高度。

72、優(yōu)選的，所述模塊m1.2包括：

73、模塊m1.2.1：根據(jù)上注的經(jīng)度擬合系數(shù)lon(i)計(jì)算在當(dāng)前時(shí)刻t時(shí)合作目標(biāo)的實(shí)時(shí)經(jīng)度λ：

74、

75、λ＝lon(1)+lon(2)×t+lon(3)×t2+...+lon(13)×t12；

76、模塊m1.2.2：根據(jù)上注的緯度擬合系數(shù)lat(i)計(jì)算在當(dāng)前時(shí)刻t時(shí)合作目標(biāo)的實(shí)時(shí)緯度φ：

77、φ＝lat(1)+lat(2)×t+lat(3)×t2+...+lat(13)×t12；

78、模塊m1.2.3：根據(jù)上注的高度擬合系數(shù)alt(i)計(jì)算在當(dāng)前時(shí)刻t時(shí)合作目標(biāo)的實(shí)時(shí)高度h：

79、h＝alt(1)+alt(2)×t+alt(3)×t2+...+alt(13)×t12。

80、優(yōu)選的，所述模塊m1.3包括：

81、模塊m1.3.1：計(jì)算合作目標(biāo)在wgs84地固坐標(biāo)系中的位置投影rmg：

82、

83、式中，re和fe分別為地球赤道半徑和地球扁率；

84、模塊m1.3.2：計(jì)算合作目標(biāo)在j2000慣性坐標(biāo)系中的位置投影

85、

86、式中，mecf2eci為wgs84地固坐標(biāo)系到j(luò)2000慣性坐標(biāo)系的姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣。

87、優(yōu)選的，所述模塊m1.4包括：

88、計(jì)算衛(wèi)星指向合作目標(biāo)的三軸導(dǎo)引姿態(tài)

89、

90、式中，ix,iy,iz的計(jì)算方式如下：

91、

92、其中，和分別為衛(wèi)星的位置矢量和速度矢量在j2000慣性坐標(biāo)系中的投影。

93、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

94、1、本發(fā)明通過(guò)對(duì)合作目標(biāo)的既定軌跡信息進(jìn)行時(shí)間歸一化和高階多項(xiàng)式擬合處理經(jīng)度、緯度、高度，星上根據(jù)擬合系數(shù)實(shí)時(shí)解算合作目標(biāo)的位置，再結(jié)合衛(wèi)星實(shí)時(shí)的軌道，求解出了衛(wèi)星對(duì)合作目標(biāo)進(jìn)行跟蹤成像時(shí)的三軸導(dǎo)引姿態(tài)。

95、2、本發(fā)明能夠提高衛(wèi)星對(duì)合作目標(biāo)的機(jī)動(dòng)跟蹤性能，對(duì)衛(wèi)星的動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤成像任務(wù)具有現(xiàn)實(shí)意義。

96、本發(fā)明的其他有益效果，將在具體實(shí)施方式中通過(guò)具體技術(shù)特征和技術(shù)方案的介紹來(lái)闡述，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)這些技術(shù)特征和技術(shù)方案的介紹，應(yīng)能理解所述技術(shù)特征和技術(shù)方案帶來(lái)的有益技術(shù)效果。