星載自主引導(dǎo)成像地面驗(yàn)證方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及航天空間遙感成像任務(wù)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及星載自主引導(dǎo)成像地面驗(yàn)證方法。
【背景技術(shù)】
[0002]TDICCD相機(jī)對(duì)目標(biāo)指向通常需要擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以依靠擺鏡實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)方向的側(cè)擺，使得調(diào)整后的視場(chǎng)，隨著衛(wèi)星飛行，將在某時(shí)刻恰好能夠拍攝到特定地面目標(biāo)。同時(shí)，由于是線陣掃描，需要修正偏流角，航天器在軌成像期間，由于地球本身自轉(zhuǎn)和航天器平臺(tái)穩(wěn)定度等原因，使得線陣的運(yùn)動(dòng)方向和相機(jī)實(shí)際成像方向并不相同，兩者之間的夾角即為偏流角，像在像平面的速度即為像移速度。為保證對(duì)目標(biāo)成像清晰，必須使得積分時(shí)間內(nèi)光生電荷包的轉(zhuǎn)移與焦平面上的像的運(yùn)動(dòng)保持同步。因此，需要通過(guò)適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償技術(shù)來(lái)盡量減小偏流角，這里采用繞視軸姿態(tài)機(jī)動(dòng)的方法補(bǔ)償偏流角。由像移速度大小和偏流角來(lái)描述的像移速度矢量的快速、高效、準(zhǔn)確解算為衛(wèi)星高精度控制提供依據(jù)，因此是高分辨率清晰成像的重要前提。
[0003]星載任務(wù)實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程的解算以后需要在地面驗(yàn)證算法的正確性，本發(fā)明解決的問(wèn)題是指向的驗(yàn)證以及可以進(jìn)一步指向偏流角的驗(yàn)證，并且將成像任務(wù)過(guò)程進(jìn)行三維演示，創(chuàng)造性的解決了直觀顯示計(jì)算結(jié)果正確與否的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]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自主成像任務(wù)地面驗(yàn)證的方法。
[0005]根據(jù)本發(fā)明提供的一種星載自主引導(dǎo)成像地面驗(yàn)證方法，包括如下步驟:
[0006]步驟A:在場(chǎng)景中建立衛(wèi)星；
[0007]步驟B:通過(guò)衛(wèi)星指向視軸與經(jīng)過(guò)成像目標(biāo)最近點(diǎn)的時(shí)刻，驗(yàn)證自主引導(dǎo)成像時(shí)刻計(jì)算的正確性。
[0008]優(yōu)選地，所述步驟B包括如下步驟:
[0009]步驟B-1:設(shè)置場(chǎng)景的解算起始時(shí)刻，記為時(shí)刻t0;
[0010]步驟B-2:修改衛(wèi)星相機(jī)視場(chǎng)敏感器的水平角為0.0001° ;單步播放場(chǎng)景，觀察該衛(wèi)星相機(jī)視場(chǎng)經(jīng)過(guò)目標(biāo)的時(shí)刻，記為時(shí)刻tl，其中，時(shí)刻tl與成像時(shí)刻之差即為成像時(shí)刻解算誤差;
[0011 ] 步驟B-3:修改衛(wèi)星相機(jī)視場(chǎng)敏感器的垂直角為0.0001° ;設(shè)置場(chǎng)景時(shí)刻為成像時(shí)亥IJ，量取地面目標(biāo)與相機(jī)視場(chǎng)的距離L，該距離L與衛(wèi)星飛行高度的比值折合為角度，即為擺角控制量的解算誤差;若擺角控制量的解算誤差超過(guò)設(shè)定閾值，則認(rèn)為自主引導(dǎo)成像時(shí)刻計(jì)算的不正確，否則，認(rèn)為自主引導(dǎo)成像時(shí)刻計(jì)算的正確。
[0012]優(yōu)選地，所述距離L與衛(wèi)星飛行高度的比值根據(jù)如下計(jì)算式折合為角度:
[0013](距離L與衛(wèi)星飛行高度的比值/600)*(180Ατ)。
[0014]優(yōu)選地，還包括如下步驟:
[0015]步驟C:通過(guò)輸出成像時(shí)刻衛(wèi)星指向視軸與地球的交點(diǎn)的矢量在相機(jī)坐標(biāo)系下的三軸速度分量來(lái)計(jì)算偏流角，驗(yàn)證星上偏流角計(jì)算正確性。
[0016]優(yōu)選地，所述步驟C如下步驟:
[0017]步驟C-1:提取衛(wèi)星指向視軸與地球地面交點(diǎn)處的經(jīng)瑋度；
[0018]步驟C-2:建立地面站，地面站的位置在衛(wèi)星指向視軸與地球地面交點(diǎn)處:
[0019]步驟C-3:建立矢量Vector_Sat2Tar，其中，所述矢量Vector_Sat2Tar為從衛(wèi)星到衛(wèi)星指向視軸與地球地面交點(diǎn)處的矢量；
[0020]步驟C-4:相機(jī)坐標(biāo)系為笛卡爾xyz坐標(biāo)系，得到矢量Vector_Sat2Tar在相機(jī)坐標(biāo)下的X軸、y軸、z軸的速度分量Derivative x、Derivative y'Derivative z；
[0021 ]步驟C-5:將y軸的速度分量與x軸的速度分量的比值的反正切值作為偏流角；
[0022]步驟C-6:如果步驟C-5中計(jì)算得到偏流角與星上計(jì)算的偏流角一致，則認(rèn)為星上偏流角計(jì)算正確，否則，認(rèn)為星上偏流角計(jì)算不正確。
[0023]優(yōu)選地，所述場(chǎng)景為以衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)和整星遙測(cè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)STK軟件所建立的場(chǎng)景，其中，所述衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)包括衛(wèi)星的J2000地球慣性系坐標(biāo)系下的位置、速度、衛(wèi)星三軸歐拉姿態(tài)角，整星遙測(cè)數(shù)據(jù)包括目標(biāo)WGS84坐標(biāo)系下的位置、相機(jī)后視角、擺鏡側(cè)擺角。
[0024]優(yōu)選地，衛(wèi)星相機(jī)坐標(biāo)系以衛(wèi)星本體系為基準(zhǔn)，312轉(zhuǎn)序下的偏航滾動(dòng)俯仰歐拉角為[0Φ0]，其中，312代表坐標(biāo)變換的旋轉(zhuǎn)順序，依次為Z軸、X軸、y軸；Φ表示衛(wèi)星相機(jī)側(cè)擺角。
[0025]優(yōu)選地，所述相機(jī)視場(chǎng)，具體為:
[0026]以衛(wèi)星相機(jī)坐標(biāo)系為基準(zhǔn)參考坐標(biāo)系，312轉(zhuǎn)序下的偏航滾動(dòng)俯仰歐拉角為[00η]，視場(chǎng)形狀為矩形;所述η表示相機(jī)后視角，按照右手定則以衛(wèi)星本體系+y軸為基準(zhǔn);312代表坐標(biāo)變換的旋轉(zhuǎn)順序，依次為Z軸、X軸、y軸；Φ表示衛(wèi)星相機(jī)側(cè)擺角。
[0027]優(yōu)選地，所述矢量Vector_Sat2Tar的起始點(diǎn)為衛(wèi)星中心，結(jié)束點(diǎn)為衛(wèi)星相機(jī)視軸與地球地面的交點(diǎn)。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0029]本發(fā)明通過(guò)地面數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)景演示及結(jié)果數(shù)據(jù)輸出的方法驗(yàn)證星載自主引導(dǎo)成像算法及偏流角計(jì)算方法的正確性。通過(guò)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)及遙測(cè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)STK場(chǎng)景，可顯示引導(dǎo)正確性并計(jì)算引導(dǎo)精度;通過(guò)STK矢量計(jì)算功能，輸出成像時(shí)刻衛(wèi)星指向視軸與地球的交點(diǎn)的矢量在相機(jī)坐標(biāo)系下的三軸速度分量來(lái)計(jì)算偏流角，從而驗(yàn)算星載偏流角算法的正確性。本發(fā)明為衛(wèi)星正確的完成自主成像任務(wù)提供了有效的驗(yàn)證手段。
【附圖說(shuō)明】
[0030]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0031]圖1為引導(dǎo)成像正確性驗(yàn)證總示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0033]本發(fā)明旨在驗(yàn)證星載自主引導(dǎo)成像算法的正確性;星上實(shí)時(shí)自主獲知地面目標(biāo)坐標(biāo)，并能夠在軌自主解算成像任務(wù)參數(shù)，為了驗(yàn)證星載算法的正確性，本發(fā)明為這種需求提供了一種地面驗(yàn)證解決方法。星上實(shí)現(xiàn)時(shí)，在軌獲取地面點(diǎn)目標(biāo)坐標(biāo)后，快速求解相機(jī)指向調(diào)整參數(shù)以及成像開(kāi)始時(shí)刻等任務(wù)執(zhí)行參數(shù)，以確保衛(wèi)星能夠自主、實(shí)時(shí)、快速、精準(zhǔn)的對(duì)目標(biāo)成像，即謂自主引導(dǎo)成像。為了驗(yàn)證上述步驟，在地面通過(guò)動(dòng)力學(xué)及遙測(cè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)STK場(chǎng)景，可顯示并計(jì)算引導(dǎo)精度;TD1-CCD相機(jī)的偏流角修正可通過(guò)視軸指向處的像移在相機(jī)像平面坐標(biāo)系下的表達(dá)，驗(yàn)證星上偏流角算法的正確性。
[0034]具體地，根據(jù)本發(fā)明提供的一種星載自主引導(dǎo)成像地面驗(yàn)證方法，包括如下步驟:
[0035]步驟A:在場(chǎng)景中建立衛(wèi)星；
[0036]步驟B:通過(guò)衛(wèi)星指向視軸與經(jīng)過(guò)成像目標(biāo)最近點(diǎn)的時(shí)刻，驗(yàn)證自主引導(dǎo)成像時(shí)刻計(jì)算的正確性。
[0037]優(yōu)選地，所述步驟B包括如下步驟:
[0038]步驟B-1:設(shè)置場(chǎng)景的解算起始時(shí)刻，記為時(shí)刻t0;
[0039]步驟B-2:修改衛(wèi)星相機(jī)視場(chǎng)敏感器的水平角為0.0001°;單步播放場(chǎng)景，觀察該衛(wèi)星相機(jī)視場(chǎng)經(jīng)過(guò)目標(biāo)的時(shí)刻，記為時(shí)刻tl，其中，時(shí)刻tl與成像時(shí)刻之差即為成像時(shí)刻解算誤差;
[0040]步驟B-3:修改衛(wèi)星相機(jī)視場(chǎng)敏感器的垂直角為0.0001° ;設(shè)置場(chǎng)景時(shí)刻為成像時(shí)亥IJ，量取地面目標(biāo)與相機(jī)視場(chǎng)的距離L，該距離L與衛(wèi)星飛行高度的比值折合為角度，即為擺角控制量的解算誤差;若擺角控制量的解算誤差超過(guò)設(shè)定閾值，則認(rèn)為自主引導(dǎo)成像時(shí)刻計(jì)算的不正確，否則，認(rèn)為自主引導(dǎo)成像時(shí)刻計(jì)算的正確。
[0041]優(yōu)選地，所述距離L與衛(wèi)星飛行高度的比值根據(jù)如下計(jì)算式折合為角度:
[0042](距離L與衛(wèi)星飛行高度的比值/600)*(180Ατ)。
[0043]優(yōu)選地，還包括如下步驟:
[0044]步驟C:通過(guò)輸出成像時(shí)刻衛(wèi)星指向視軸與地球的交點(diǎn)的矢量在相機(jī)坐標(biāo)系下的三軸速度分量來(lái)計(jì)算偏流角，驗(yàn)證星上偏流角計(jì)算正確性。
[0045]優(yōu)選地，所述步驟C如下步驟:
[0046]步驟C-1:提取衛(wèi)星指向視軸與地球地面交點(diǎn)處的經(jīng)瑋度；
[0047]步驟C-2:建立地面站，地面站的位置在衛(wèi)星指向視軸與地球地面交點(diǎn)處:
[0048]步驟C-3:建立矢量Vector_Sat2Tar，其中，所述矢量Vector_Sat2Tar為從衛(wèi)星到衛(wèi)星指向視軸與地球地面交點(diǎn)處的矢量；
[0049]步驟C-4:相機(jī)坐標(biāo)系為笛卡爾xyz坐標(biāo)系，得到矢量Vector_Sat2Tar在相機(jī)坐標(biāo)下的X軸、y軸、z軸的速度分量Derivative x、Derivative y'Derivative z；
[0050]步驟C-5:將y軸的速度分量與x軸的速度分量的比值的反正切值作為偏流角；
[0051]步驟C-6:如果步驟C-5中計(jì)算得到偏流角與星上計(jì)算的偏流角一致，則認(rèn)為星上偏流角計(jì)算正確，否則，認(rèn)為星上偏流角計(jì)算不正確。
[0052]優(yōu)選地，所述場(chǎng)景為以衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)和整星遙測(cè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)STK軟件所建立的場(chǎng)景，其中，所述衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)包括衛(wèi)星的J2000地球慣性系坐標(biāo)系下的位置、速度、衛(wèi)星三軸歐拉姿態(tài)角，整星遙測(cè)數(shù)據(jù)包括目標(biāo)WGS84坐標(biāo)系下的位置、相機(jī)后視角、擺鏡側(cè)擺角。
[0053]優(yōu)選地，衛(wèi)星相機(jī)坐標(biāo)系以衛(wèi)星本體系為基準(zhǔn)，312轉(zhuǎn)序下的偏航滾動(dòng)俯仰歐拉角為[0Φ0]，其中，312代表坐標(biāo)變換的旋轉(zhuǎn)順序，依次為Z軸、X軸、y軸；Φ表示衛(wèi)星相機(jī)側(cè)擺角。
[0054]優(yōu)選地，所述相機(jī)視場(chǎng)，具體為:
[0055]以衛(wèi)星相機(jī)坐標(biāo)系為基準(zhǔn)參考坐標(biāo)系，312轉(zhuǎn)序下的偏航滾動(dòng)俯仰歐拉角為[00η]，視場(chǎng)形狀為矩形;所述η表示相機(jī)后視角，按照右手定則以衛(wèi)星本體系+y軸為基準(zhǔn);312代表坐標(biāo)變換的旋轉(zhuǎn)順序，依次為Z軸、X軸、y軸；Φ表示衛(wèi)星相機(jī)側(cè)擺角。
[0050]優(yōu)選地，所述矢量Vector_