一种适用于成像卫星任务规划的阳光干扰确定方法与流程

本发明属于卫星应用，尤其涉及一种适用于成像卫星任务规划的阳光干扰确定方法。

背景技术：

1、成像卫星在轨运行完成成像任务的过程中，容易受到太阳光的干扰，一方面太阳光的干扰会导致成像质量的严重下降，另一方面光学载荷镜头长时间受到太阳光的干扰会导致载荷寿命的缩短。因此，亟需提出一种可以在地面完成的面向卫星在轨阳光规避的姿态机动规划方法，提前完成成像任务期间受阳光干扰的影响分析，从而合理安排在轨任务，提高成像卫星在轨成像质量，延长成像载荷在轨寿命。

技术实现思路

1、本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种适用于成像卫星任务规划的阳光干扰确定方法，解决了现有技术针对成像卫星在轨任务期间对阳光干扰敏感的问题。

2、本发明的技术方案是：一种适用于成像卫星任务规划的阳光干扰确定方法，该方法包括如下步骤：

3、s1、获取成像任务信息，设置任务时间段，所述成像任务信息包括：轨道历元时刻、轨道瞬时根数、成像目标经纬度、目标观测开始时刻、目标观测结束时刻、阳光抑制角阈值；

4、s2、构建面向阳光规避分析的姿态机动规划模型，仿真得到任务时间段内卫星姿态角、卫星载荷的光轴和太阳的姿态角；从目标观测开始时刻到目标观测结束时刻为观测时间段，任务时间段包含观测时间段，进入任务时间段后，卫星先保持对太阳定向姿态，在进入观测时间段前，卫星姿态完成从太阳定向姿态切换为对成像目标凝视姿态，观测时间段结束之后，卫星切换回对太阳定向姿态；

5、s3、基于任务时间段内卫星姿态角、卫星载荷的光轴和太阳的姿态角，计算任务时间段内阳光抑制角；所述阳光抑制角为太阳光的方向与卫星载荷光轴的夹角；

6、s4、判断任务时间段内每个仿真时刻阳光抑制角是否小于预设的阳光抑制角阈值，是，则表明该仿真时刻会受到阳光干扰，否则，表明该仿真时刻不受阳光干扰。

7、优选地，所述步骤s2的具体步骤如下：

8、s2.1、根据轨道历元时刻和轨道瞬时根数，计算任务时间段内卫星在惯性坐标系下的位置和速度；

9、s2.2、计算任务时间段内太阳在惯性坐标系下的位置和速度；

10、s2.3、基于任务时间段内卫星在惯性坐标系下的位置和速度、成像目标的经纬度，计算出观测时间段内卫星对目标凝视时的姿态角和姿态角速度；

11、s2.4、基于任务时间段内卫星在惯性坐标系下的位置和速度、太阳在惯性坐标系下的位置和速度，计算出卫星对太阳定向时的姿态角和姿态角速度；

12、s2.5、基于任务时间段内卫星的姿态角、姿态角速度、卫星载荷的光轴和太阳的姿态角，模拟卫星由对日定向姿态机动到对目标凝视姿态过程，以及由对目标凝视姿态机动到对日定向姿态过程，得到日定向姿态机动与目标凝视姿态相互切换过程中卫星的姿态角。

13、优选地，所述任务时间段超前于目标观测开始时刻，滞后于目标观测结束时刻。

14、优选地，所述步骤s2.1中计算卫星在惯性坐标系下的位置和速度，通过将轨道瞬时根数转化为卫星在惯性系下的位置和速度，然后将位置和速度代入到轨道动力学方程，使用龙格-库塔法对卫星的位置和速度进行递推解算得到。

15、优选地，所述步骤s2.3先将成像目标的经纬度转换为目标在惯性坐标系下位置，再根据目标在惯性坐标系下位置和卫星在惯性坐标系下的位置，计算出卫星对目标凝视时的姿态角和姿态角速度。

16、优选地，卫星对目标凝视时的姿态角和姿态角速度根据如下公式计算：

17、sat2tarr＝targetr-satr

18、

19、其中，

20、targetr为目标在惯性坐标系下位置；

21、satr为卫星在惯性坐标系下的位置；

22、sat2tarr为目标与卫星在惯性坐标下的相对位置，sat2tarr＝(sat2tarrx，sat2tarry，sat2tarrz)为目标与卫星相对位置在惯性坐标下的三轴坐标；

23、roll,pitch,yaw分别为卫星的滚动角、俯仰角、偏航角；

24、rollrate,pitchrate,yawrate分别为卫星的滚动角速度、俯仰角速度、偏航角速度。

25、优选地，卫星对太阳定向时的姿态角和姿态角速度为：

26、sat2sunr＝sunr-satr

27、

28、其中，sunr为太阳在惯性坐标系下位置，satr为卫星在惯性坐标系下的位置；sat2sunr为太阳与卫星在惯性坐标下的相对位置，sat2sunr＝(sat2sunrx，sat2sunry,sat2sunrz)为太阳与卫星相对位置在惯性坐标下的三轴坐标。

29、优选地，卫星由对日定向姿态机动到对目标凝视姿态过程，以及由对目标凝视姿态到对日定向姿态过程中，卫星按照匀加速运动或者匀速运动模拟。

30、优选地，当卫星载荷的光轴与卫星本体坐标系的z轴重合时，阳光抑制角angle为:

31、

32、其中，optr为卫星载荷光轴指向。

33、本发明与现有技术相比的有益效果是：

34、(1)、本发明适用于成像卫星任务规划的阳光规避分析方法，通过建立面向阳光规避分析的姿态机动规划模型，完成卫星成像时姿态机动过程的规划和阳光对卫星的影响分析，输出任务满足性等分析结果。

35、(2)、本发明所提出的方法能够解决当前对于成像卫星在轨成像容易受到阳光干扰影响成像质量的问题，有利于规避成像卫星在轨任务期间对阳光干扰敏感的问题，提高成像质量，延长载荷寿命。

技术特征：

1.一种适用于成像卫星任务规划的阳光干扰确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种适用于成像卫星任务规划的阳光干扰确定方法，其特征在于，所述步骤s2的具体步骤如下：

3.根据权利要求2所述的一种适用于成像卫星任务规划的阳光干扰确定方法，其特征在于，所述任务时间段超前于目标观测开始时刻，滞后于目标观测结束时刻。

4.根据权利要求1所述的一种适用于成像卫星任务规划的阳光干扰确定方法，其特征在于，所述步骤s2.1中计算卫星在惯性坐标系下的位置和速度，通过将轨道瞬时根数转化为卫星在惯性系下的位置和速度，然后将位置和速度代入到轨道动力学方程，使用龙格-库塔法对卫星的位置和速度进行递推解算得到。

5.根据权利要求1所述的一种适用于成像卫星任务规划的阳光干扰确定方法，其特征在于，所述步骤s2.3先将成像目标的经纬度转换为目标在惯性坐标系下位置，再根据目标在惯性坐标系下位置和卫星在惯性坐标系下的位置，计算出卫星对目标凝视时的姿态角和姿态角速度。

6.根据权利要求5所述的一种适用于成像卫星任务规划的阳光干扰确定方法，其特征在于，卫星对目标凝视时的姿态角和姿态角速度根据如下公式计算：

7.根据权利要求2所述的一种适用于成像卫星任务规划的阳光干扰确定方法，其特征在于，卫星对太阳定向时的姿态角和姿态角速度为：

8.根据权利要求2所述的一种适用于成像卫星任务规划的阳光干扰确定方法，其特征在于，卫星由对日定向姿态机动到对目标凝视姿态过程，以及由对目标凝视姿态到对日定向姿态过程中，卫星按照匀加速运动或者匀速运动模拟。

9.根据权利要求1所述的一种适用于成像卫星任务规划的阳光干扰确定方法，其特征在于，当卫星载荷的光轴与卫星本体坐标系的z轴重合时，阳光抑制角angle为:

技术总结本发明公开了一种适用于成像卫星任务规划的阳光干扰确定方法，属于卫星应用技术领域。包括：获取成像任务信息；构建面向阳光规避分析的姿态机动规划模型，仿真得到任务时间段内卫星姿态角、卫星载荷的光轴和太阳的姿态角；基于任务时间段内卫星姿态角、卫星载荷的光轴和太阳的姿态角，计算任务时间段内阳光抑制角；判断任务时间段内每个仿真时刻阳光抑制角与预设的阳光抑制角阈值的关系。本申请能够在地面规划出卫星在整个成像过程中的姿态机动情况和受阳光干扰的情况，并给出阳光规避建议，规避成像卫星在轨任务期间对阳光干扰敏感的问题。技术研发人员：孙晓函,包敏凤,于灵慧,曹丽君,何艳超,吕秋杰,王丹丹受保护的技术使用者：航天东方红卫星有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14