对指定位置进行观测的任务规划方法、装置、设备及介质

本公开涉及航天，尤其涉及一种对指定位置进行观测的任务规划方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、近年来，随着科技的进步，全球航天事业的发展，越来越多的航天器被送入太空。不断增多的航天器和空间碎片，使得地球轨道资源拥挤不堪，对在轨航天器的安全运行产生威胁，空间碎片、空间碰撞等问题日益突出。天基空间目标观测系统能够不受地理条件、疆域和气象条件的限制，实现对空间目标的探测、跟踪和识别。这种全天时、全天候的监视能力，使得空间态势感知数据能够实时、准确地获取，为航天活动提供重要支持。然而，在进行天基空间目标观测装备论证、仿真、任务规划等时，需要根据指定的目标位置，开展任务规划，计算得到相机指向目标位置时，需要绕三个坐标轴旋转的角度。因此，如何根据时间、卫星平台轨道、目标位置等信息，快速准确地计算出相机绕三个坐标轴旋转的角度，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开提供了一种基于对指定位置进行观测的任务规划方法、装置、设备及介质，用于至少部分解决上述技术问题。

2、本公开的第一方面提供了一种卫星对指定位置进行观测的任务规划方法，包括：通过空间目标的两行轨道数据，确定空间目标在惯性坐标系下指定时刻的第一位置；获得卫星平台在惯性坐标系下指定时刻的第二位置；获得相机初始指向的第一方向矢量，在准惯性坐标系下，基于旋转矩阵和第一方向矢量确定相机观测指向的第二方向矢量，旋转矩阵由相机观测指向的欧拉角确定；基于第一位置、第二位置、旋转矩阵和第二方向矢量构建目标函数；基于目标函数，确定相机观测指向的欧拉角；基于确定的相机观测指向的欧拉角，对指定位置进行观测的任务规划。

3、根据本公开的实施例，通过空间目标的两行轨道数据，确定空间目标在惯性坐标系下指定时刻的第一位置，包括：通过空间目标的两行轨道数据，对空间目标在惯性坐标系下的位置和速度进行轨道外推，得到空间目标在惯性坐标系下指定时刻的第一位置。

4、根据本公开的实施例，获得相机初始指向的第一方向矢量，包括：通过空间目标的两行轨道数据，对空间目标在惯性坐标系下的位置和速度进行轨道外推，得到空间目标在惯性坐标系下指定时刻的第一位置和第一速度；基于第一位置和第一速度计算空间目标的轨道参数；基于轨道参数确定相机初始指向的第一方向矢量。

5、根据本公开的实施例，目标函数为：

6、

7、

8、φ是欧拉角中绕x轴旋转的角度，θ是欧拉角中绕y轴旋转的角度，ϕ是欧拉角中绕z轴旋转的角度，(，，)表示第二方向矢量，表示空间目标在惯性坐标系下指定时刻的第一位置，表示卫星平台在惯性坐标系下指定时刻的第二位置。

9、根据本公开的实施例，轨道参数包括偏心率、机械能、半长轴、半通径、轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角、真近点角。

10、根据本公开的实施例，惯性坐标系的原点为地球中心，x轴位于地球赤道平面内，由地球球心指向春分点；z轴由地心指向地球的北极；y轴位于地球赤道平面内，方向根据右手定则确定；准惯性坐标系的原点为地球中心，x轴正方为升交点指向降交点，y轴正方向为轨道面负法线方向，z轴在轨道面上且z轴正方向与x轴正方向和y轴正方向满足右手定则。

11、本公开的第二个方面提供了一种卫星对指定位置进行观测的任务规划装置，包括：第一确定模块，用于通过空间目标的两行轨道数据，确定空间目标在惯性坐标系下指定时刻的第一位置；获得模块，用于获得卫星平台在惯性坐标系下指定时刻的第二位置；第二确定模块，用于获得相机初始指向的第一方向矢量，在准惯性坐标系下，基于旋转矩阵和第一方向矢量确定相机观测指向的第二方向矢量，旋转矩阵由相机观测指向的欧拉角确定；构建模块，用于基于第一位置、第二位置、旋转矩阵和第二方向矢量构建目标函数；第三确定模块，用于基于目标函数，确定相机观测指向的欧拉角；任务规划模块，用于基于确定的相机观测指向的欧拉角，对指定位置进行观测的任务规划。

12、本公开第三方面提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，其中，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器实现上述方法。

13、本公开第四方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器实现上述方法。

14、根据本公开实施例提供的基于卫星对指定位置进行观测的任务规划方法、装置设备及介质，能够实现以下技术效果：

15、由于从初始指向项观测指向旋转使，x轴、y轴和z轴三个轴都可以沿着正负两个方向旋转，使得单一依据旋转矩阵只能给出指定旋转顺序下的一组解。通过基于空间目标的位置、卫星平台的位置构建目标函数进行求解，通过遍历参数全部可行域，可以给出任意目标位置的多个可行旋转方案，能够快速、准确地计算出相机绕三个坐标轴旋转的角度，从而能够快速、准确地对任意目标位置的观测进行任务规划。

16、该方法及装置兼容性好、计算复杂度低，运行速度快，算法简单，易于工程实现。

技术特征：

1.一种卫星对指定位置进行观测的任务规划方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的任务规划方法，其特征在于，所述通过空间目标的两行轨道数据，确定所述空间目标在惯性坐标系下指定时刻的第一位置，包括：

3.根据权利要求1或2所述的任务规划方法，其特征在于，所述获得相机初始指向的第一方向矢量，包括：

4.根据权利要求1所述的任务规划方法，其特征在于，所述目标函数为：

5.根据权利要求3所述的任务规划方法，其特征在于，所述轨道参数包括偏心率、机械能、半长轴、半通径、轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角、真近点角。

6.根据权利要求1所述的任务规划方法，其特征在于，所述惯性坐标系的原点为地球中心，x轴位于地球赤道平面内，由地球球心指向春分点；z轴由地心指向地球的北极；y轴位于地球赤道平面内，方向根据右手定则确定；

7.一种卫星对指定位置进行观测的任务规划装置，其特征在于，包括：

8.一种电子设备，其特征在于，包括：

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器实现权利要求1至6中任一项所述的方法。

技术总结本公开提供一种对指定位置进行观测的任务规划方法、装置、设备及介质，涉及航天技术领域，包括：通过空间目标的两行轨道数据，确定空间目标在惯性坐标系下指定时刻的第一位置；获得卫星平台在惯性坐标系下指定时刻的第二位置；获得相机初始指向的第一方向矢量，在准惯性坐标系下，基于旋转矩阵和第一方向矢量确定相机观测指向的第二方向矢量，旋转矩阵由相机观测指向的欧拉角确定；基于第一位置、第二位置、旋转矩阵和第二方向矢量构建目标函数；基于目标函数，确定相机观测指向的欧拉角；基于确定的相机观测指向的欧拉角，对指定位置进行观测的任务规划。技术研发人员：吕鹏,闫国刚,王进,胡玉新,周光尧,周晓,袁骞骞,段红波受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院技术研发日：技术公布日：2024/12/12