基于低軌觀測衛(wèi)星的地球同步軌道目標快速遍歷方法
【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快速遍歷方法，其包括以下步驟：步驟一：確定觀測序列：根據所觀測的十五度傾角以內的整個地球同步軌道帶，結合觀測星軌道，分析并計算觀測星相鄰兩軌的觀測區(qū)域實現(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)據上行注入衛(wèi)星。本發(fā)明可有效彌補地基探測編目設備在固定時間、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規(guī)劃實施方面具有較強的借鑒意義。
【專利說明】基于低軌觀測衛(wèi)星的地球同步軌道目標快速遍歷方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種地球同步軌道目標快速遍歷方法，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快速遍歷方法。
【背景技術】
[0002]地球同步軌道帶作為最具應用價值的衛(wèi)星軌道，資源有限，具有重要的軍事和民用價值。當前主要以地基固定區(qū)域的雷達或光電大型設備對其進行探測和編目，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，只能對我國上空進行探測。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術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快速遍歷方法，其可有效彌補地基探測編目設備在固定時間、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規(guī)劃實施方面具有較強的借鑒意義。
[0004]本發(fā)明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的:一種基于低軌觀測衛(wèi)星的地球同步軌道目標快速遍歷方法，其特征在于，其包括以下步驟:
[0005]步驟一:確定觀測序列:根據所觀測的十五度傾角以內的整個地球同步軌道帶，結合觀測星軌道，分析并計算觀測星相鄰兩軌的觀測區(qū)域實現(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)據上行注入衛(wèi)星。
[0009]優(yōu)選地，所述步驟一首先根據選定或任務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的重點地球同步軌道帶的相機視軸掃描規(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，所述步驟二根據軌跡長度和相機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上述計算結果，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、目標跟蹤的變化規(guī)律，并進行衛(wèi)星姿態(tài)控制率的設計，形成地面注入數(shù)據包，注入星上后通過數(shù)據標志和時間標志自主實現(xiàn)既定規(guī)律的全帶遍歷探測，并根據觀測星軌道測定情況定期進行修正。
[0013]本發(fā)明的積極進步效果在于: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，進一步縮短低軌衛(wèi)星對傾角十五度以內重點地球同步帶的遍歷時間至7天以內，通過凝視模式連續(xù)觀測，能夠進一步提高特定觀測目標的測定軌精度。
【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]下面結合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細說明本發(fā)明的技術方案。
[0016]本發(fā)明基于低軌觀測衛(wèi)星的地球同步軌道目標快速遍歷方法包括以下步驟:
[0017]步驟一:確定觀測序列:根據所觀測的十五度傾角以內的整個地球同步軌道帶，結合觀測星軌道，分析并計算觀測星相鄰兩軌的觀測區(qū)域實現(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)據上行注入衛(wèi)星。
[0021]在所述步驟一中，具體地:首先根據選定或任務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的重點地球同步軌道帶的相機視軸掃描規(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:根據軌跡長度和相機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:地面根據上述計算結果，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、目標跟蹤的變化規(guī)律，并進行衛(wèi)星姿態(tài)控制率的設計，形成地面注入數(shù)據包，注入星上后通過數(shù)據標志和時間標志自主實現(xiàn)既定規(guī)律的全帶遍歷探測，并根據觀測星軌道測定情況定期進行修正。
[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隨地球轉動約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前軌的基礎上向東偏移了 23.5°，在下一軌的起始位置又偏移23.5°。以此類推，在相機視軸轉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)星可進行大角度姿態(tài)機動掉頭，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行補充掃描，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)域內的探測時間，能夠進一步在編目的基礎上提高觀測目標的測定軌精度。本發(fā)明為解決編目快速、準確、全面問題所采用的技術方案是提供了一套完整的測量任務規(guī)劃流程和實現(xiàn)方法，主要原理是利用軌道動力學中的兩體問題，進行必要的數(shù)學分析，得到姿態(tài)控制及姿態(tài)實時變化所滿足的輸入條件，進而再結合具體案例利用衛(wèi)星結構動力學和姿態(tài)動力學相關理論，設計具體的衛(wèi)星姿態(tài)控制及跟蹤率。
[0030]本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改型和改變。因此，本發(fā)明覆蓋了落入所附的權利要求書及其等同物的范圍內的各種改型和改變。
【權利要求】
1.一種基于低軌觀測衛(wèi)星的地球同步軌道目標快速遍歷方法，其特征在于，其包括以下步驟: 步驟一:確定觀測序列:根據所觀測的十五度傾角以內的整個地球同步軌道帶，結合觀測星軌道，分析并計算觀測星相鄰兩軌的觀測區(qū)域實現(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)據上行注入衛(wèi)星。
2.如權利要求1所述的基于低軌觀測衛(wèi)星的地球同步軌道目標快速遍歷方法，其特征在于，所述步驟一首先根據選定或任務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的重點地球同步軌道帶的相機視軸掃描規(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快速遍歷方法，其特征在于，所述步驟二根據軌跡長度和相機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)預置時間加上穩(wěn)定時間加上凝視探測時間。
5.如權利要求1所述的基于低軌觀測衛(wèi)星的地球同步軌道目標快速遍歷方法，其特征在于，所述步驟四中的地面根據上述計算結果，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、目標跟蹤的變化規(guī)律，并進行衛(wèi)星姿態(tài)控制率的設計，形成地面注入數(shù)據包，注入星上后通過數(shù)據標志和時間標志自主實現(xiàn)既定規(guī)律的全帶遍歷探測，并根據觀測星軌道測定情況定期進行修正。
【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