基于粗精姿態(tài)關系模型的自旋穩(wěn)定氣象衛(wèi)星姿態(tài)確定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于粗精姿態(tài)關系模型的自旋穩(wěn)定氣象衛(wèi)星姿態(tài)確定方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：計算衛(wèi)星粗姿態(tài)；步驟2：消除衛(wèi)星粗姿態(tài)中的隨機誤差；以及步驟3：利用粗姿態(tài)與精姿態(tài)關系模型修正粗姿態(tài)。本發(fā)明的有益效果為：1、精度高，計算出來的精姿態(tài)結果與衛(wèi)星的實際精姿態(tài)基本一致；2、適用性強，在衛(wèi)星進行了姿軌控后24小時內或在區(qū)域觀測模式下，無法得到精姿態(tài)時，可以使用本方法計算出衛(wèi)星精姿態(tài)來實現(xiàn)觀測云圖精確定位；3、處理過程清晰，運算量不大，便于實施。
【專利說明】基于粗精姿態(tài)關系模型的自旋穩(wěn)定氣象衛(wèi)星姿態(tài)確定方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于氣象衛(wèi)星觀測圖像定位領域，具體涉及一種基于粗精姿態(tài)關系模型的自旋穩(wěn)定氣象衛(wèi)星姿態(tài)確定方法。
【背景技術】
[0002]精確姿態(tài)確定是氣象衛(wèi)星觀測圖像能夠精確定位的基礎，也是氣象衛(wèi)星觀測圖像能夠得以應用的基礎。目前，我國自旋穩(wěn)定氣象衛(wèi)星依賴于圓盤圖像推導出衛(wèi)星精確姿態(tài)參數(shù)來對未來24小時的圖像定位。這種方法定位準確，已在業(yè)務中得到了廣泛應用。但這種方法當不收圖或收取的圓盤圖資料積累不足時無法推導出衛(wèi)星的精確姿態(tài)，也不能實現(xiàn)衛(wèi)星云圖的精確定位。當衛(wèi)星進行全區(qū)域圖觀測或在衛(wèi)星進行了姿軌控后48小時內，此時沒有圓盤圖像或圓盤圖像資料太少，衛(wèi)星精確姿態(tài)難以確定。
[0003]利用衛(wèi)星遙測值可以計算出衛(wèi)星的姿態(tài)，在實際業(yè)務中發(fā)現(xiàn)這種通過衛(wèi)星遙測值計算出來的衛(wèi)星姿態(tài)與衛(wèi)星實際姿態(tài)有一定誤差，利用這種姿態(tài)給圖像定位時會產(chǎn)生圖像網(wǎng)格偏移，因此我們把這種利用衛(wèi)星遙測值計算出來的衛(wèi)星的姿態(tài)稱為粗姿態(tài)，而通過圖像反推出來的衛(wèi)星姿態(tài)稱為精姿態(tài)。由于自旋穩(wěn)定氣象衛(wèi)星遙測值是不中斷的，在任何時候都可以通過衛(wèi)星遙測計算出衛(wèi)星粗姿態(tài)。
[0004]為了提高衛(wèi)星粗姿態(tài)的計算精度，李于衡等很多專家在這方面做了深入的研究。相關研究中指出由于受幾何觀測條件限制以及測量誤差和計算方法不同，姿態(tài)確定結果往往不一致。為了消除這種誤差，往往都通過研究星上紅外地球敏感器對地觀測弦寬變化規(guī)律，來確定自旋軸與軌道法向夾角與地球測量弦寬關系，推導出遙測數(shù)據(jù)差分值計算自旋軸與軌道法向夾角的計算公式，由于這種方法可以消除測量數(shù)據(jù)系統(tǒng)差，精度得到了提高，目前可以很好的滿足衛(wèi)星測控需求。但是這種方法計算出來的姿態(tài)仍不能直接用于圖像定位，圖像定位需要確定每個像素的精確位置。實際業(yè)務運行表明，粗姿態(tài)和精姿態(tài)之間存在一定的關系，如果能夠建立一種粗姿態(tài)與精姿態(tài)的關系模型，則可以在沒法計算精姿態(tài)時根據(jù)粗姿態(tài)來準確估算衛(wèi)星精姿態(tài)，從而實現(xiàn)觀測圖像的定位。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于粗精姿態(tài)關系模型的自旋穩(wěn)定氣象衛(wèi)星姿態(tài)確定方法，建立衛(wèi)星粗姿態(tài)與精姿態(tài)的關系模型，在衛(wèi)星沒有精姿態(tài)時利用關系模型推導出精確的衛(wèi)星姿態(tài)，實現(xiàn)云圖精確定位。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn):
一種基于粗精姿態(tài)關系模型的自旋穩(wěn)定氣象衛(wèi)星姿態(tài)確定方法，包括以下步驟:
步驟1:計算衛(wèi)星粗姿態(tài):
解碼遙測包，提取衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)中的地平儀觀測等信息，實現(xiàn)衛(wèi)星粗姿態(tài)計算算法，并輸出粗姿態(tài)結果，其中，解碼遙測是實現(xiàn)遙測獲取、遙測格式解碼與質量檢驗功能，它采用的方法是根據(jù)遙測幀的幀頭同步碼和每幀結束部分的和校驗值來判斷每幀遙測的質量，對于經(jīng)過質量檢驗、符合要求的遙測幀，根據(jù)遙測格式定義進行解碼，然后提取遙測中的多個T值，根據(jù)轉換公式計算出相應的物理量；
粗姿態(tài)求解采用的方法是利用衛(wèi)星遙測中太陽-地球測量信息求解衛(wèi)星的姿態(tài)，通過T值計算出衛(wèi)星轉速，衛(wèi)星自旋軸與太陽方向的夾角，衛(wèi)星自旋軸與地心之間的夾角與兩面角，然后求解姿態(tài)參數(shù)；
步驟2:消除衛(wèi)星粗姿態(tài)中的隨機誤差:
根據(jù)遙測值計算出的衛(wèi)星粗姿態(tài)會受各種因素的影響存在隨機誤差，采用基于滑動中值的平均復合濾波器來修正衛(wèi)星粗姿態(tài)，通過基于滑動中值的加權平均復合濾波器對異常衛(wèi)星粗姿態(tài)數(shù)據(jù)進行判別，算法中采用一個m長度的姿態(tài)移動窗口{ Jf0I,利用m個連續(xù)姿態(tài)值來確定衛(wèi)星粗姿態(tài)數(shù)據(jù)的有效性，如果濾波器判定
該衛(wèi)星粗姿態(tài)數(shù)據(jù)有效，則輸出；否則，判定該衛(wèi)星粗姿態(tài)數(shù)據(jù)為異常數(shù)據(jù)，則用加權均值來修正；
步驟3:利用粗姿態(tài)與精姿態(tài)關系模型修正粗姿態(tài):
粗姿態(tài)預報衛(wèi)星姿態(tài)部分主要是研究粗姿態(tài)與精姿態(tài)的關系，并使用粗姿態(tài)來計算和預報衛(wèi)星的姿態(tài)；通常衛(wèi)星精確姿態(tài)包括衛(wèi)星自旋矢量和掃描輻射計的失配參數(shù)，衛(wèi)星粗姿態(tài)是衛(wèi)星平臺的姿態(tài)，不含衛(wèi)星掃描輻射計的失配參數(shù)。利用歷史數(shù)據(jù)中的精姿態(tài)與粗姿態(tài)的比較，計算系統(tǒng)誤差，使用多項式的最小二乘曲線法擬合變化規(guī)律，至此，自旋穩(wěn)定氣象衛(wèi)星精姿態(tài)計算完成。
[0007]本發(fā)明的有益效果為:
1、精度高，計算出來的精姿態(tài)結果與衛(wèi)星的實際精姿態(tài)基本一致；
2、適用性強，在衛(wèi)星進行了姿軌控后24小時內或在區(qū)域觀測模式下，無法得到精姿態(tài)時，可以使用本方法計算出衛(wèi)星精姿態(tài)來實現(xiàn)觀測云圖精確定位；
3、處理過程清晰，運算量不大，便于實施。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]下面根據(jù)附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0009]圖1是本發(fā)明實施例所述的基于粗精姿態(tài)關系模型的自旋穩(wěn)定氣象衛(wèi)星姿態(tài)確定方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0010]如圖1所示，本發(fā)明實施例所述的一種基于粗精姿態(tài)關系模型的自旋穩(wěn)定氣象衛(wèi)星姿態(tài)確定方法，包括以下步驟:
步驟1:計算衛(wèi)星粗姿態(tài):
步驟1.1):對獲得的衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)以幀為單位進行質量檢驗，根據(jù)幀頭同步碼和幀尾校驗值來判斷每幀衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)的質量，幀頭和幀尾不符合要求的視為質量不合格，將會被舍棄；
步驟1.2):對于經(jīng)過步驟1.1的質量檢驗、符合要求的衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)幀，根據(jù)衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)的格式定義進行解碼，把各波道值存入指定數(shù)組I;
步驟1.3):從數(shù)組I中提取T1至T11的二進制原碼值，然后轉換成計算衛(wèi)星粗姿態(tài)所需要的物理量P1至P11 ；
步驟1.4):用P1至P11推導出單位太陽矢量S、地球中心方向單位天底矢量E、衛(wèi)星自旋軸方向的單位矢量Z，同時根據(jù)太陽敏感器測得的自旋軸與太陽夾角Θ s、地球敏感器測得的自旋軸與天底矢量夾角Θ e，在赤道慣性坐標系中，由下列姿態(tài)方程:
【權利要求】
1.一種基于粗精姿態(tài)關系模型的自旋穩(wěn)定氣象衛(wèi)星姿態(tài)確定方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:計算衛(wèi)星粗姿態(tài)； 步驟2:消除衛(wèi)星粗姿態(tài)中的隨機誤差；以及 步驟3:利用粗姿態(tài)與精姿態(tài)關系模型修正粗姿態(tài)。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于粗精姿態(tài)關系模型的自旋穩(wěn)定氣象衛(wèi)星姿態(tài)確定方法，其特征在于，所述步驟I進一步包括: 步驟1.0:對獲得的衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)以幀為單位進行質量檢驗，根據(jù)幀頭同步碼和幀尾校驗值來判斷每幀衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)的質量，對于不符合要求的衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)值視為質量不合格，將其舍棄； 步驟1.2):對于經(jīng)過步驟1.1的質量檢驗、符合要求的衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)幀，根據(jù)衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)的格式定義進行解碼，把各波道值存入指定數(shù)組I ; 步驟1.3):從數(shù)組I中提取T1至T11的二進制原碼值，然后轉換成計算衛(wèi)星粗姿態(tài)所需要的物理量P1至P11 ； 步驟1.4):根據(jù)成熟的姿態(tài)計算理論，用P1至P11推導出單位太陽矢量S、地球中心方向單位天底矢量E、衛(wèi)星自旋軸方向的單位矢量Z，同時根據(jù)太陽敏感器測得的自旋軸與太陽夾角Qs、地球敏感器測得的自旋軸與天底矢量夾角Θ 在赤道慣性坐標系中，由下列姿態(tài)方程:

3.根據(jù)權利要求2所述的基于粗精姿態(tài)關系模型的自旋穩(wěn)定氣象衛(wèi)星姿態(tài)確定方法，其特征在于，所述步驟2包括:步驟2.1):假設初始衛(wèi)星粗姿態(tài)數(shù)據(jù)序列{x0，x1，……，xm-1}的中值為Z，用衛(wèi)星粗姿態(tài)中值絕對偏差構造序列
4.根據(jù)權利要求4所述的基于粗精姿態(tài)關系模型的自旋穩(wěn)定氣象衛(wèi)星姿態(tài)確定方法，其特征在于:所述基于滑動中值的加權平均復合濾波器的特性用窗口寬度m、門限L和修正權值C這三個參數(shù)進行調整，其中:m影響濾波器的總一致性；門限參數(shù)L直接決定濾波器主動進取程度，L值增大，將判定為奇異數(shù)據(jù)并用中值取代的可能性減少，當L = O時，濾波器始終是確定的；修正權值C直接決定濾波器修正幅度，C值增大，濾波器修正幅度越大，當C=O時，使用均值修正異常姿態(tài)。
5.根據(jù)權利要求5所述的基于粗精姿態(tài)關系模型的自旋穩(wěn)定氣象衛(wèi)星姿態(tài)確定方法，其特征在于，所述步驟3中，將去除了隨機誤差的粗姿態(tài)與精姿態(tài)進行比較，計算系統(tǒng)誤差，使用多項式的最小二乘曲線法擬合兩種姿態(tài)的變化規(guī)律。
6.根據(jù)權利要求5或6所述的基于粗精姿態(tài)關系模型的自旋穩(wěn)定氣象衛(wèi)星姿態(tài)確定方法，其特征在于，所述步驟3包括: 步驟3.1):將精姿態(tài)與粗姿態(tài)的1、7和z軸的關系表示為三組離散數(shù)據(jù)點名
【文檔編號】G01C21/20GK103438886SQ201310334759
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月2日 優(yōu)先權日:2013年8月2日
【發(fā)明者】魏彩英, 趙現(xiàn)綱, 韓琦, 林維夏, 張曉虎, 程朝暉, 陳秀娟 申請人:國家衛(wèi)星氣象中心