基于低軌觀測衛(wèi)星的地球同步軌道目標(biāo)快速遍歷方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于低軌觀測衛(wèi)星的地球同步軌道目標(biāo)快速遍歷方法，其包括以下步驟：步驟一：確定觀測序列：根據(jù)所觀測的十五度傾角以內(nèi)的整個地球同步軌道帶，結(jié)合觀測星軌道，分析并計算觀測星相鄰兩軌的觀測區(qū)域?qū)崿F(xiàn)無縫拼接的序列軌跡；步驟二：確定單軌跡窗口數(shù)；步驟三：根據(jù)觀測星與地球同步軌道帶觀測序列軌跡的相對運動速度，接算每一個窗口能夠保證的最大探測時間；步驟四：形成地面注入數(shù)據(jù)上行注入衛(wèi)星。本發(fā)明可有效彌補(bǔ)地基探測編目設(shè)備在固定時間、固定空間、固定探測區(qū)域方面的不足，同時在牽引衛(wèi)星姿態(tài)軌跡跟蹤及自主任務(wù)規(guī)劃實施方面具有較強(qiáng)的借鑒意義。
【專利說明】基于低軌觀測衛(wèi)星的地球同步軌道目標(biāo)快速遍歷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種地球同步軌道目標(biāo)快速遍歷方法，特別是涉及一種基于低軌觀測衛(wèi)星的地球同步軌道目標(biāo)快速遍歷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]地球同步軌道帶作為最具應(yīng)用價值的衛(wèi)星軌道，資源有限，具有重要的軍事和民用價值。當(dāng)前主要以地基固定區(qū)域的雷達(dá)或光電大型設(shè)備對其進(jìn)行探測和編目，受到地球曲率和固定觀測區(qū)域的限制，無法實現(xiàn)長時間探測，同時不具備全地球同步軌帶的探測能力，只能對我國上空進(jìn)行探測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于低軌觀測衛(wèi)星的地球同步軌道目標(biāo)快速遍歷方法，其可有效彌補(bǔ)地基探測編目設(shè)備在固定時間、固定空間、固定探測區(qū)域方面的不足，同時在牽引衛(wèi)星姿態(tài)軌跡跟蹤及自主任務(wù)規(guī)劃實施方面具有較強(qiáng)的借鑒意義。
[0004]本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的:一種基于低軌觀測衛(wèi)星的地球同步軌道目標(biāo)快速遍歷方法，其特征在于，其包括以下步驟:
[0005]步驟一:確定觀測序列:根據(jù)所觀測的十五度傾角以內(nèi)的整個地球同步軌道帶，結(jié)合觀測星軌道，分析并計算觀測星相鄰兩軌的觀測區(qū)域?qū)崿F(xiàn)無縫拼接的序列軌跡；
[0006]步驟二:確定單軌跡窗口數(shù)；
[0007]步驟三:根據(jù)觀測星與地球同步軌道帶觀測序列軌跡的相對運動速度，接算每一個窗口能夠保證的最大探測時間；
[0008]步驟四:形成地面注入數(shù)據(jù)上行注入衛(wèi)星。
[0009]優(yōu)選地，所述步驟一首先根據(jù)選定或任務(wù)要求的觀測星的太陽同步軌道根數(shù)，計算其與傾角十五度以內(nèi)的重點地球同步軌道帶的相機(jī)視軸掃描規(guī)律，求解出滿足相鄰兩軌掃描拼接軌跡區(qū)域無縫的邊界條件，得到衛(wèi)星自身運動加姿態(tài)運動疊加后要求的拼接軌跡序列。
[0010]優(yōu)選地，所述步驟二根據(jù)軌跡長度和相機(jī)瞬時面陣視場的大小，兩者相除求整加一即為單軌跡窗口數(shù)。
[0011]優(yōu)選地，所述步驟三中的每個窗口的最大駐留時間包括衛(wèi)星姿態(tài)預(yù)置時間加上穩(wěn)定時間加上凝視探測時間。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟四中的地面根據(jù)上述計算結(jié)果，得到全地球同步帶區(qū)域在任意時刻、觀測星任意位置下的姿態(tài)指向、姿態(tài)變化、目標(biāo)跟蹤的變化規(guī)律，并進(jìn)行衛(wèi)星姿態(tài)控制率的設(shè)計，形成地面注入數(shù)據(jù)包，注入星上后通過數(shù)據(jù)標(biāo)志和時間標(biāo)志自主實現(xiàn)既定規(guī)律的全帶遍歷探測，并根據(jù)觀測星軌道測定情況定期進(jìn)行修正。
[0013]本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:本發(fā)明充分利用衛(wèi)星姿態(tài)跟蹤能力，通過優(yōu)化觀測序列，進(jìn)一步縮短低軌衛(wèi)星對傾角十五度以內(nèi)重點地球同步帶的遍歷時間至7天以內(nèi)，通過凝視模式連續(xù)觀測，能夠進(jìn)一步提高特定觀測目標(biāo)的測定軌精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明基于低軌觀測衛(wèi)星的地球同步軌道目標(biāo)快速遍歷方法的一個實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0016]本發(fā)明基于低軌觀測衛(wèi)星的地球同步軌道目標(biāo)快速遍歷方法包括以下步驟:
[0017]步驟一:確定觀測序列:根據(jù)所觀測的十五度傾角以內(nèi)的整個地球同步軌道帶，結(jié)合觀測星軌道，分析并計算觀測星相鄰兩軌的觀測區(qū)域?qū)崿F(xiàn)無縫拼接的序列軌跡；
[0018]步驟二:確定單軌跡窗口數(shù)；
[0019]步驟三:根據(jù)觀測星與地球同步軌道帶觀測序列軌跡的相對運動速度，接算每一個窗口能夠保證的最大探測時間；
[0020]步驟四:形成地面注入數(shù)據(jù)上行注入衛(wèi)星。
[0021]在所述步驟一中，具體地:首先根據(jù)選定或任務(wù)要求的觀測星的太陽同步軌道根數(shù)，計算其與傾角十五度以內(nèi)的重點地球同步軌道帶的相機(jī)視軸掃描規(guī)律，求解出滿足相鄰兩軌掃描拼接軌跡區(qū)域無縫的邊界條件，得到衛(wèi)星自身運動加姿態(tài)運動疊加后要求的拼接軌跡序列。
[0022]在所述步驟二中，具體地:根據(jù)軌跡長度和相機(jī)瞬時面陣視場的大小，兩者相除求整加一即為單軌跡窗口數(shù)。
[0023]在所述步驟三中，具體地:每個窗口的最大駐留時間包括衛(wèi)星姿態(tài)預(yù)置時間加上穩(wěn)定時間加上凝視探測時間。實際有效時間為凝視探測時間。
[0024]在所述步驟四中，具體地:地面根據(jù)上述計算結(jié)果，得到全地球同步帶區(qū)域在任意時刻、觀測星任意位置下的姿態(tài)指向、姿態(tài)變化、目標(biāo)跟蹤的變化規(guī)律，并進(jìn)行衛(wèi)星姿態(tài)控制率的設(shè)計，形成地面注入數(shù)據(jù)包，注入星上后通過數(shù)據(jù)標(biāo)志和時間標(biāo)志自主實現(xiàn)既定規(guī)律的全帶遍歷探測，并根據(jù)觀測星軌道測定情況定期進(jìn)行修正。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明一種基于低軌觀測衛(wèi)星的地球同步軌道目標(biāo)快速遍歷方法的一個實施例，包括:
[0026]假定觀測衛(wèi)星采用500km高度太陽同步晨昏圓軌道，軌道周期約94分鐘，則半個軌道周期為47分鐘。47分鐘內(nèi)完成一次具有17個窗口南北條帶的掃描，如不考慮姿態(tài)機(jī)動時間和成像條件每個窗格的凝視時間約為2.8分鐘。由于觀測視場要保持地球同步特性，其在一個軌道周期內(nèi)隨地球轉(zhuǎn)動約23.5°，在單條帶掃描過程衛(wèi)星最大偏航角度偏置為23.5°，同時考慮窗口間姿態(tài)機(jī)動時間，按中等規(guī)模衛(wèi)星能力簡要估算有效成像時間約20so
[0027]要實現(xiàn)相鄰兩軌條帶的無縫拼接，下一軌的條帶起始位置在當(dāng)前軌的基礎(chǔ)上向東偏移了 23.5°，在下一軌的起始位置又偏移23.5°。以此類推，在相機(jī)視軸轉(zhuǎn)到某一個方位上之后，存在光照條件變惡劣的可能性。
[0028]若光照條件不佳時，衛(wèi)星可進(jìn)行大角度姿態(tài)機(jī)動掉頭，指向最初的起始觀測位置重新開始無縫模式的探測。掉頭會導(dǎo)致一大片空域未被掃描，漏掃的區(qū)域可以在后續(xù)的無縫掃描模式下進(jìn)行補(bǔ)充掃描，最終實現(xiàn)對整個地球同步帶區(qū)域的全覆蓋掃描，經(jīng)過計算分析，全覆蓋掃描周期少于6天。
[0029]由上所述，本發(fā)明用新的自主遍歷方法，實現(xiàn)了傾角十五度以內(nèi)地球同步軌道帶的快速遍歷，并利用區(qū)域定點凝視功能提高了窗口區(qū)域內(nèi)的探測時間，能夠進(jìn)一步在編目的基礎(chǔ)上提高觀測目標(biāo)的測定軌精度。本發(fā)明為解決編目快速、準(zhǔn)確、全面問題所采用的技術(shù)方案是提供了一套完整的測量任務(wù)規(guī)劃流程和實現(xiàn)方法，主要原理是利用軌道動力學(xué)中的兩體問題，進(jìn)行必要的數(shù)學(xué)分析，得到姿態(tài)控制及姿態(tài)實時變化所滿足的輸入條件，進(jìn)而再結(jié)合具體案例利用衛(wèi)星結(jié)構(gòu)動力學(xué)和姿態(tài)動力學(xué)相關(guān)理論，設(shè)計具體的衛(wèi)星姿態(tài)控制及跟蹤率。
[0030]本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改型和改變。因此，本發(fā)明覆蓋了落入所附的權(quán)利要求書及其等同物的范圍內(nèi)的各種改型和改變。
【權(quán)利要求】
1.一種基于低軌觀測衛(wèi)星的地球同步軌道目標(biāo)快速遍歷方法，其特征在于，其包括以下步驟: 步驟一:確定觀測序列:根據(jù)所觀測的十五度傾角以內(nèi)的整個地球同步軌道帶，結(jié)合觀測星軌道，分析并計算觀測星相鄰兩軌的觀測區(qū)域?qū)崿F(xiàn)無縫拼接的序列軌跡； 步驟二:確定單軌跡窗口數(shù)； 步驟三:根據(jù)觀測星與地球同步軌道帶觀測序列軌跡的相對運動速度，接算每一個窗口能夠保證的最大探測時間； 步驟四:形成地面注入數(shù)據(jù)上行注入衛(wèi)星。
2.如權(quán)利要求1所述的基于低軌觀測衛(wèi)星的地球同步軌道目標(biāo)快速遍歷方法，其特征在于，所述步驟一首先根據(jù)選定或任務(wù)要求的觀測星的太陽同步軌道根數(shù)，計算其與傾角十五度以內(nèi)的重點地球同步軌道帶的相機(jī)視軸掃描規(guī)律，求解出滿足相鄰兩軌掃描拼接軌跡區(qū)域無縫的邊界條件，得到衛(wèi)星自身運動加姿態(tài)運動疊加后要求的拼接軌跡序列。
3.如權(quán)利要求1所述的基于低軌觀測衛(wèi)星的地球同步軌道目標(biāo)快速遍歷方法，其特征在于，所述步驟二根據(jù)軌跡長度和相機(jī)瞬時面陣視場的大小，兩者相除求整加一即為單軌跡窗口數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的基于低軌觀測衛(wèi)星的地球同步軌道目標(biāo)快速遍歷方法，其特征在于，所述步驟三中的每個窗口的最大駐留時間包括衛(wèi)星姿態(tài)預(yù)置時間加上穩(wěn)定時間加上凝視探測時間。
5.如權(quán)利要求1所述的基于低軌觀測衛(wèi)星的地球同步軌道目標(biāo)快速遍歷方法，其特征在于，所述步驟四中的地面根據(jù)上述計算結(jié)果，得到全地球同步帶區(qū)域在任意時刻、觀測星任意位置下的姿態(tài)指向、姿態(tài)變化、目標(biāo)跟蹤的變化規(guī)律，并進(jìn)行衛(wèi)星姿態(tài)控制率的設(shè)計，形成地面注入數(shù)據(jù)包，注入星上后通過數(shù)據(jù)標(biāo)志和時間標(biāo)志自主實現(xiàn)既定規(guī)律的全帶遍歷探測，并根據(jù)觀測星軌道測定情況定期進(jìn)行修正。
【文檔編號】G05D1/08GK103699129SQ201310658731
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】李文峰, 丁丕滿, 魏致坤, 廖鶴 申請人:上海衛(wèi)星工程研究所