基于時間-姿態(tài)的成像衛(wèi)星觀測任務分解與合成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于時間?姿態(tài)的成像衛(wèi)星觀測任務分解與合成方法，其特征在于步驟如下：(1)根據(jù)點目標的緯經高度以及衛(wèi)星的位置確定目標的時間?姿態(tài)向量；(2)建立包含所有目標點的一個長邊與星下線平行的外接特征矩形作為區(qū)域目標，并確定俯仰角，計算區(qū)域目標的特征向量；(3)根據(jù)衛(wèi)星的幅寬劃分條帶；(4)根據(jù)區(qū)域目標邊界將條帶裁減為合適的長度。該方法可以更直觀高效地進行目標分解與合成，更便捷地生成輸入到任務規(guī)劃調度模型中的元任務信息，提出的時間?姿態(tài)概念不僅便于理解和計算，更為目標分解與合成提供了一套統(tǒng)一的描述方法，具有一定的可操作性、通用性和可擴展性。
【專利說明】
基于時間-姿態(tài)的成像衛(wèi)星觀測任務分解與合成方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星觀測任務領域，具體涉及一種基于時間-姿態(tài)的成像衛(wèi)星觀測任 務分解與合成方法。
【背景技術】
[0002] 成像衛(wèi)星任務規(guī)劃預處理中一個復雜的問題是建立衛(wèi)星與目標的關系，其復雜的 原因是目標位置、衛(wèi)星位置和衛(wèi)星姿態(tài)都采用不同的坐標系描述，在實際計算過程中需要 進行大量的坐標轉換工作，但是這些轉換都只考慮了空間位置，并沒有時間的概念，而衛(wèi)星 在空中飛行其時間約束和規(guī)律性很強，因此亟需將空間位置、時間與衛(wèi)星能力相結合，提供 一套新的衛(wèi)星與目標關系的描述方法。

【發(fā)明內容】

[0003] 為解決現(xiàn)有衛(wèi)星觀測任務中的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種便于理解和 計算，更為目標分解與合成提供了一套統(tǒng)一的描述方法，具有一定的可操作性、通用性和可 擴展性的基于時間-姿態(tài)的成像衛(wèi)星觀測任務分解與合成方法。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術方案：
[0005] 基于時間-姿態(tài)的成像衛(wèi)星觀測任務分解與合成方法，步驟如下：（1)根據(jù)點目標 的煒經高度以及衛(wèi)星的位置確定目標的時間-姿態(tài)向量；（2)建立包含所有目標點的一個長 邊與星下線平行的外接特征矩形作為區(qū)域目標，并確定俯仰角，計算區(qū)域目標的特征向 量;（3)根據(jù)衛(wèi)星的幅寬劃分條帶；（4)根據(jù)區(qū)域目標邊界將條帶裁減為合適的長度。
[0006] 進一步地，步驟(4)的具體操作方法為：尋找處于條帶內的目標頂點，然后計算條 帶與區(qū)域目標交點，最后通過對比這些頂點和交點的零俯仰角時的時間-姿態(tài)向量，找出最 早時刻4和最晚時刻< ? Q
[0007] 更進一步地，步驟（2)與步驟（3)之間包含步驟（5):對至少兩個區(qū)域目標進行合 并。
[0008] 更進一步地，各步驟的具體操作方法為：
[0009] (1)點目標(Target)在WGS84坐標系下的煒經高度分別為b、l、h，衛(wèi)星在J2000地心 慣性坐標系下t時刻的位置為(X,.v,z)f?，衛(wèi)星在軌道坐標系下t時刻對目標的指向姿態(tài)為 ，衛(wèi)星的位置與時刻點的對應關系為
[0010]
[0011]目標的位置與衛(wèi)星在某位置對目標的指向姿態(tài)的對應關系為
[0012]
[0013] 因此，目標位置可以用衛(wèi)星在某時刻對目標的指向姿態(tài)的函數(shù)F表示，即
[0014]
[0015] 將上式右端函數(shù)自變量簡寫成(t，r，p，y)Targ…稱為衛(wèi)星對某點的"時間-姿態(tài)"向 量，簡稱時姿向量，記為V，對于非敏捷衛(wèi)星其P = 〇，時姿向量退化為"時間-側擺"向量（t， r) Target，簡稱零時姿向量，記為％
[0016] (2)處于寬邊上的兩個特征點決定了矩形的長，其特征是在全部區(qū)域頂點對星下 線的垂足中處于最兩端的位置，當衛(wèi)星經過某點對星下線的垂足的正上方時稱衛(wèi)星過頂， 所以決定矩形長的這兩個特征點是衛(wèi)星最早t e和最晚t1過頂?shù)膬蓚€點，分別記為elPe1，衛(wèi) 星飛行速度近似看成勻速，如果將衛(wèi)星的俯仰角固定，即P = P〇,則矩形的長轉化為采用時 間的表示，即人=(廣'―
[0017] 處于長邊上的兩個特征點決定了矩形的寬，其特征是衛(wèi)星對全部區(qū)域頂點過頂時 偵懶角最大r+和最小f的兩個點，分別記為e +和eT，將衛(wèi)星俯仰角固定，如ρ = ρ〇,則矩形的寬 轉化為采用衛(wèi)星側擺角的表示，即;
[0018] 特征矩形實際上只通過四個量表示，即最早時刻最晚時刻最小側擺 、 、 角、最大側擺角,寫成向量的形式V = ，稱為俯仰角為PO時的特征 向量，當PQ=O時，即衛(wèi)星沒有俯仰能力，此時特征向量退化為? = Κ,/?)，即俯仰角為0 時的特征向量，簡稱零特征向量；
[0019] (3)將條帶寬度直接采用成像載荷的視場角δ表示，這樣條帶采用零特征向量來描 述，SI
[0020] 如果嚴格按照給定的冗余角從最小側擺一側逐條劃分條帶，往往會出現(xiàn)單側大冗 余情況，將最后的大冗余平均分配到每一處冗余，得到調和冗余角A δ' 2 Δδ，進一步降低 每個冗余處由于誤差出現(xiàn)漏角或縫隙的風險，使用
[0021]
[0022]表示相鄰條帶間距與幅寬之比，稱為條帶劃分粒度，

[0023] 當指定條帶劃分粒度為g時， 寺征矩形劃分條帶，劃分出的條 帶數(shù). 其調和冗余角為 S .，
[0024] 故條帶i的零特征向量?, 中最小和最大側擺角為
[0025] 'i
[0026] (4)遍歷目標頂點，對于頂點i如果PkW]，則記錄頂點i，否則舍棄頂點i，繼續(xù) 判斷頂點i+Ι;對于頂點i如果且，或者巧 <(且％ :><，則說明頂點i 和頂點i ± 1組成的邊與條帶相交，開始轉到計算交點的零時姿向量，即交點的側擺與相交 的邊的側擺相等，再通過相似三角形求出交點的時刻，記錄交點，繼續(xù)判定目標頂點；
[0027] 如果全部頂點遍歷完畢，則找出條帶最早最晚時刻，比較全部記錄下的頂點和交 點的時刻值，得出條帶的最早時刻?：·和最晚時刻，在對每個條帶進行如此的條帶裁剪之 后，目標分解完成。
[0028] 更進一步地，以下情形時進行區(qū)域目標的合并：用時間和側擺范圍來描述，即一個 單條帶最大零特征向量= f/,r'r+)要滿足
[0029]
[0030] 目標合成的條件為點目標的零時姿向量弋或區(qū)域目標的零特征向量
不超過單條帶最大零特征向量，即
[0031]
[0032] 本發(fā)明具有以下有益效果：（1)本發(fā)明根據(jù)衛(wèi)星與目標的時空關系，提出了基于時 間-姿態(tài)的點目標描述方法，并擴展到區(qū)域目標描述方法，將目標的地理坐標轉化為與衛(wèi)星 自身相關的時間和姿態(tài)兩個正交維度上的信息，可以更直觀高效地進行目標分解與合成， 更便捷地生成輸入到任務規(guī)劃調度模型中的元任務信息；提出的時間-姿態(tài)概念不僅便于 理解和計算，更為目標分解與合成提供了一套統(tǒng)一的描述方法，具有一定的可操作性、通用 性和可擴展性；（2)采用時間-姿態(tài)方法確定區(qū)域目標的外接矩形實際上是求區(qū)域目標的特 征向量，而且需要選取一個固定的俯仰角，一般使用的是零俯仰，即使用零特征向量。零特 征向量更具有通用性:一方面，零特征向量天然地表示沒有俯仰能力的非敏捷衛(wèi)星，兼容性 好;另一方面，對于距地面高為h、相機視場角為δ的敏捷衛(wèi)星，將地面近似看成平面，在俯仰 角和偏航角為〇的情況下，其幅寬d與衛(wèi)星的俯仰角ρ的關系逼
易得當P = 〇時d取得最小值，即俯仰角為0時所對應的幅寬最小，雖然敏捷衛(wèi)星不同俯仰角所對應的幅 寬不同，但由于在預處理階段不知道衛(wèi)星何時對目標成像，因此使用俯仰角為〇時的幅寬劃 分出來的條帶可以保證在任何時刻任何俯仰角條件下成像條帶都不小于這個最小幅寬的 條帶；（3)條帶劃分完畢后得到了一組等長的條帶，根據(jù)用戶的需求可以將條帶按照目標 邊緣進行裁剪，提高條帶的有效覆蓋率；（4)一些距離很近的點目標或者區(qū)域目標，如果對 每個目標單獨進行處理會產生很多小條帶，不僅使規(guī)劃階段的搜索空間增大，還會因為衛(wèi) 星頻繁姿態(tài)機動浪費時間，導致很多本可以觀測的任務無法觀測，因此需要對這些目標進 行合并，條帶一次掃過觀測兩個目標，雖然有效覆蓋率降低，但是多觀測了一個目標，收益 增多。
【附圖說明】
[0033] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述中所需要使用的附圖做簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明 的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù) 這些附圖獲得其他的附圖。
[0034] 附圖1為本發(fā)明實施例的特征點與特征矩形。
[0035] 附圖2為本發(fā)明實施例的目標分解步驟。
[0036] 附圖3為本發(fā)明實施例的俯仰角對幅寬的影響。
[0037] 附圖4為本發(fā)明實施例的側擺角對幅寬的影響。
[0038] 附圖5為本發(fā)明實施例的避免誤差的條帶劃分示意圖。
[0039] 附圖6為本發(fā)明實施例的避免冗余不均的條帶劃分示意圖。
[0040] 附圖7為本發(fā)明實施例的條帶裁剪示意圖。
[0041 ]附圖8為本發(fā)明實施例的非敏捷衛(wèi)星目標合成觀測示意圖。
[0042]附圖9為本發(fā)明實施例的無效合成的情況。
[0043]附圖10為本發(fā)明實施例的敏捷衛(wèi)星合成觀測示意圖。
[0044]附圖11為本發(fā)明實施例的目標分解結果。
【具體實施方式】
[0045] 下面通過具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0046] 1點目標的時間-姿態(tài)向量
[0047]點目標(Target)在WGS84坐標系下的煒經高度分別為b、l、h，衛(wèi)星在J2000地心慣 性坐標系下t時刻的位置為，衛(wèi)星在軌道坐標系下t時刻對目標的指向姿態(tài)為 ，在計算衛(wèi)星與目標的位置關系時，可以將它們轉換到一個坐標系下。
[0048] 對于正常飛行的衛(wèi)星，衛(wèi)星的位置是時間的函數(shù)，采用高精度星歷預報方法可以 預報出未來某時刻衛(wèi)星的位置，即衛(wèi)星的位置與時刻點一一對應：
[0049]
(1)
[0050] 目標位置可以轉換為某時刻衛(wèi)星軌道坐標系下的位置，因此目標的位置與衛(wèi)星在
某位置對曰說的;向選太--.
[0051] (2)
[0052] 由式（1)和式(2)可知，目標位置可以用衛(wèi)星在某時刻對目標的指向姿態(tài)的函數(shù)F 表示，艮Γ
[0053] (3)
[0054]將上式右端函數(shù)自變量簡寫成(t，r，p，y)Target，稱為衛(wèi)星對某點的"時間-姿態(tài)"向 量，簡稱時姿向量，記為V。對于非敏捷衛(wèi)星其P = 〇，時姿向量退化為"時間-側擺"向量（t， Γ)Target，簡稱零時姿向量，記為？。
[0055] 2區(qū)域目標的特征向量
[0056] 區(qū)域可以看成是一個由多個點圍成的封閉圖形，因此區(qū)域目標可以表示為目標點 的集合，即Area: {Targeti，Target2,…·，Targetn}，將每個目標點采用時姿向量表示，則區(qū) 域目標可記為 Area: {(t，r，p，y)i，（t，r，p，y)2，...，（t，;r，p，y)n}〇
[0057] 由于衛(wèi)星成像條帶與星下線平行，區(qū)域目標分解一般先要建立如圖1所示的一個 長邊與星下線平行的外接矩形，用該矩形可以完整覆蓋目標區(qū)域，并且擁有衛(wèi)星與目標區(qū) 域關系上的諸多特征，故本文將該外接矩形稱為區(qū)域目標的特征矩形，定義平行于星下線 的邊為特征矩形的長，垂直于星下線的邊為特征矩形的寬，由于特征矩形的確定只與區(qū)域 和矩形相接的點有關，故本文將這些點稱為區(qū)域目標的特征點，記為e。
[0058]如圖1所示，處于寬邊上的兩個特征點決定了矩形的長，其特征是在全部區(qū)域頂點 對星下線的垂足中處于最兩端的位置，當衛(wèi)星經過某點對星下線的垂足的正上方時稱衛(wèi)星 過頂，所以決定矩形長的這兩個特征點是衛(wèi)星最早t e和最晚t1過頂?shù)膬蓚€點，分別記為#和 e1，衛(wèi)星飛行速度可以近似看成勻速，如果將衛(wèi)星的俯仰角固定(如P = PQ)則矩形的長可以 轉化為采用時間的表示，即A=V處于長邊上的兩個特征點決定了矩形的寬，其 特征是衛(wèi)星對全部區(qū)域頂點過頂時側擺角最大r+和最小f的兩個點，分別記為e+和e'如果 將衛(wèi)星俯仰角固定（如p = p〇)則矩形的寬可以轉化為采用衛(wèi)星側擺角的表示，即 砂'=(廠，廠1)",。
[0059]由此，若將衛(wèi)星的俯仰角固定，則特征矩形實際上可以只通過四個量表示，即最早 時刻、最晚時刻、最小側擺角、最大側擺角，寫成向量的形式
，稱為俯仰角為PQ時的特征向量，當PQ = O時，即衛(wèi)星沒有俯仰能力，此時 特征向量退化為9 :=(/'V,r ,/·'),即俯仰角為〇時的特征向量，簡稱零特征向量。
[0060] 3目標的分解與合成
[0061] 3.1目標分解
[0062] 將目標分解成元任務條帶的過程是先建立一個與星下線平行的外接矩形，如圖2 (c)所示，然后根據(jù)衛(wèi)星的幅寬劃分條帶，如圖2(b)所示，最后根據(jù)區(qū)域目標邊界將條帶裁 剪為合適的長度，如圖2(c)所示。
[0063]目標分解是成像衛(wèi)星任務預處理中的重要功能之一，一直是預處理中的一個復 雜的問題，目前很多區(qū)域目標分解方法沒有考慮衛(wèi)星本身的能力和衛(wèi)星的指向姿態(tài)，基于 高斯投影的分解方法誤差較大，基于空間幾何的分解方法計算復雜度較大，基于MapX的分 解方法需要依賴第三方軟件，而采用本文提出的時間-姿態(tài)的描述方法可以很好地解決這 些問題，接下來對基于時間-姿態(tài)的目標分解方法進行了具體描述。
[0064] 3.1.1確定外接矩形
[0065] 根據(jù)上述定義，采用時間-姿態(tài)方法確定區(qū)域目標的外接矩形實際上是求區(qū)域目 標的特征向量，而且需要選取一個固定的俯仰角，一般使用的是零俯仰，即使用零特征向 量。
[0066] 下面從兩個方面說明零特征向量更具有通用性:一方面，零特征向量天然地表示 沒有俯仰能力的非敏捷衛(wèi)星，兼容性好；另一方面，對于距地面高為h、相機視場角為δ的敏 捷衛(wèi)星，將地面近似看成平面，在俯仰角和偏航角為〇的情況下，其幅寬d與衛(wèi)星的俯仰角ρ 的關系是
[0067] (4)
[0068]易得當p = 0時d取得最小值，即俯仰角為0時所對應的幅寬最小，雖然敏捷衛(wèi)星不 同俯仰角所對應的幅寬不同，但由于在預處理階段不知道衛(wèi)星何時對目標成像，因此使用 俯仰角為〇時的幅寬劃分出來的條帶可以保證在任何時刻任何俯仰角條件下成像條帶都不 小于這個最小幅寬的條帶，如圖3所示，因此在劃分條帶時選擇俯仰角為O時的幅寬。
[0069] 3.1.2條帶劃分
[0070] 通過計算目標對某星某軌的零特征向量可以得到特征矩形，接下來需要將特征矩 形劃分為條帶。
[0071] 有人采用固定幅寬劃分條帶的方式沒有考慮到衛(wèi)星側擺對其成像幅寬的影響，如 圖4所示，將地球看作半徑為R球體，衛(wèi)星離地面高為h，成像載荷的視場角為δ，衛(wèi)星側擺角 為r，俯仰角和偏航角均為0，則成像幅寬d為
[0072]
(5)
[0073] 當R = 6400，h = 700,5 = 2°時，由式（5)和式(4)得到d隨r和P的變化如表1所示，可 見r對d的影響顯著，因此將幅寬固定為側擺為0時的幅寬進行條帶劃分會造成很多浪費。 [0074] 表1 d隨r和p的變化表
[0076] 為了克服固定幅寬劃分條帶的缺點，可以將條帶寬度直接采用成像載荷的視場角 表示，這樣條帶也可以采用零特征向量來描述，即廠,其中（r+-i〇striP = k這樣既保持了描述的一致性，又簡化了計算，不同條帶只需按照成像載荷的視場角依次 遞減即可。
[0077] 為了避免誤差造成如圖5(a)所示相鄰條帶間出現(xiàn)空隙或遺漏邊角的情況，可以使 相鄰條帶相互重疊并向兩側外擴留出冗余量，如圖5(b)所示，冗余部分的寬度同樣采用角 度表示，稱為冗余角，記為A δ。這樣如圖5(b)所示，條帶1的零特征向量為
[0078]
[0079] 然而如果嚴格按照給定的冗余角從最小側擺一側逐條劃分條帶，往往會出現(xiàn)如圖 6(a)所示的單側大冗余情況，如果將最后的大冗余平均分配到每一處冗余，如圖6(b)所示 得到調和冗余角A δ' 2 Δδ，可以進一步降低每個冗余處由于誤差出現(xiàn)漏角或縫隙的風險。 實際工程中一般使用
[0080]
(6)
[0081] 表示相鄰條帶間距與幅寬之比，稱為條帶劃分粒度。
[0082] 當指定條帶劃分粒度為g時，)f 的特征矩形劃分條帶，劃分出的條 帶數(shù)為
[0083] (?)
[0084]
[0085] (8)
[0086] 故條帶i的零特征向量?, 中最小和最大側擺角為
[0087]
(Q)
[0088] 3.1.3條帶裁剪
[0089]條帶劃分完畢后得到了一組等長的條帶，根據(jù)用戶的需求可以將條帶按照目標邊 緣進行裁剪，提高條帶的有效覆蓋率。劉曉東基于MapX[7()￥P基于空間幾何[71]的方法求出 條帶與區(qū)域目標的交點進行條帶的裁剪，前者需要第三方軟件，后者需要復雜的空間幾何 計算，由于本文將條帶的長度轉化為時間描述，可以仍然采用時姿向量的描述方法進行條 帶裁剪。
[0090] 對于一個條帶在時姿描述下進行條帶裁剪，首先要尋找處于條帶內的目標頂點， 然后計算條帶與區(qū)域目標交點，最后通過比這些頂點和交點的零時姿向量，找出最早時刻?? 和最晚時刻1，如圖7所示對條帶4的裁剪具體步驟如下：
[0091] Stepl:遍歷目標頂點。對于頂點i如果G ，則記錄頂點i，否則舍棄頂點i， 跳回S t e p 1繼續(xù)判斷頂點i +1 ;對于頂點i如果^ [r4V4+ ]且L ，或者$ < <且 5±1 > <，則說明頂點i和頂點i ± 1組成的邊與條帶相交，開始轉到SteP2計算交點的零時姿 向量;如果全部頂點遍歷完畢則跳到Step3。
[0092] Step2:計算交點的零時姿向量。交點的側擺與相交的邊的側擺相等，再通過相似 三角形求出交點的時刻，記錄交點，跳回Step 1。例如圖7所示交點P的零時姿向量
[0093] (10)
[0094]
[0095]
[0096] Step3:找出條帶最早最晚時刻。比較全部記錄下的頂點和交點的時刻值，得出條 帶的最早時刻C和最晚時刻4。
[0097] 在對每個條帶進行如此的條帶裁剪之后，目標分解完成。
[0098] 3.2目標合成
[0099] 與目標分解不同，一些距離很近的點目標或者區(qū)域目標，如果對每個目標單獨進 行處理會產生很多小條帶，不僅使規(guī)劃階段的搜索空間增大，還會因為衛(wèi)星頻繁姿態(tài)機動 浪費時間，導致很多本可以觀測的任務無法觀測，因此需要對這些目標進行合并。
[0100] 例如圖8(a)所示的兩個目標，按照前面的分解方法會以每個目標為條帶中心劃分 出兩個小條帶，衛(wèi)星掃過條帶1后需要擺動到條帶2的姿態(tài)對目標2進行觀測，對于非敏捷衛(wèi) 星，其側擺速度慢，而且由于能量的方面的約束每圈擺動次數(shù)有限制，因此可能無法對目標 2進行觀測，而如果兩個目標在垂直星下線方向上的距離跨度不超過衛(wèi)星的幅寬，則可將兩 個目標合并觀測，按照圖8(b)中所示的條帶一次掃過觀測兩個目標，雖然有效覆蓋率降低， 但是多觀測了一個目標，收益增多。
[0101]然而并不是目標之間距離小就可以有效合成，還要滿足很多衛(wèi)星自身的約束。如 圖9(a)所示，雖然目標1和目標2距離很近，但是目標2超出了衛(wèi)星的可見范圍，這種合成是 無效的，在垂直行下線方向上不僅要求合成目標不能超出單個條帶的幅寬，而且要避免超 出衛(wèi)星可見范圍的情況;在沿星下線方向可能會出現(xiàn)如圖9(b)所示的情況，雖然目標1、2和 3都可見而且處于單個視場之中，但是由于衛(wèi)星一般有單次最長成像時間T max的約束，因此 不能將多個目標合成為過長的條帶。
[0102] 由于目標合成只有沿星下線和垂直星下線方向的約束，因此也可以轉化為用時間 和側擺范圍來描述，即一個單條帶最大零特征向量要滿足
[0103]
(11)
[0104] 目標合成的條件為點目標的零時姿向量或區(qū)域目標的零特征向量
(12)
[0106] 合成觀測不僅對非敏捷衛(wèi)星具有明顯意義，對于敏捷衛(wèi)星同樣重要，在對于如圖 10(a)所示的兩個目標，分別觀測總共需要4個條帶，而如果采用如圖10(b)所示的目標合成 觀測只需三個條帶，雖然增多了一些無效覆蓋，但是減少一次姿態(tài)機動可以節(jié)省大量時間 和星上能源。
[0107] 以上提出的合成方法僅考慮了目標的地理位置，在實際問題中的任務合成還需要 考慮任務需求、優(yōu)先級等其他屬性的合成，在預處理過程中的任務合稱為靜態(tài)合成，因為靜 態(tài)合成無法根據(jù)衛(wèi)星實際調度情況進行調整，所以一般采用動態(tài)合成的方法，將任務合成 放到任務規(guī)劃過程中，具體合成策略與任務規(guī)劃調度算法相關，因此本文并沒有給出具體 的合成方法，只介紹了基于時間-姿態(tài)描述的任務合成判斷方法，由于任務規(guī)劃模型大多考 慮時間和衛(wèi)星姿態(tài)，所以該描述方法更便于在規(guī)劃調度過程中直接計算與判斷。
[0108] 4實驗與結果分析
[0109] 設某衛(wèi)星參數(shù)如表2所示，待分解的區(qū)域及要求如表3所示。
[0110]表2某敏捷衛(wèi)星及成像載荷仿真參數(shù)
[0114] 采用本文提出的方法目標分解結果如圖11所示，深灰色區(qū)域為劃分的條帶，被覆 蓋的淺灰色平行四邊形為待分解的區(qū)域。
[0115] 表2條帶信息
[0118]本文中應用了具體實施例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的 說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方 式，應當指出，由于文字表達的有限性，而客觀上存在無限的具體結構，對于本技術領域的 普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進、潤飾或變化，也 可以將上述技術特征以適當?shù)姆绞竭M行組合;這些改進潤飾、變化或組合，或未經改進將發(fā) 明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 基于時間-姿態(tài)的成像衛(wèi)星觀測任務分解與合成方法，其特征在于步驟如下：（1)根 據(jù)點目標的締經高度W及衛(wèi)星的位置確定目標的時間-姿態(tài)向量；（2)建立包含所有目標點 的一個長邊與星下線平行的外接特征矩形作為區(qū)域目標，并確定俯仰角，計算區(qū)域目標的 特征向量;（3)根據(jù)衛(wèi)星的幅寬劃分條帶；（4)根據(jù)區(qū)域目標邊界將條帶裁減為合適的長度。2. 根據(jù)權利要求1所述的基于時間-姿態(tài)的成像衛(wèi)星觀測任務分解與合成方法，其特征 在于，步驟(4)的具體操作方法為:尋找處于條帶內的目標頂點，然后計算條帶與區(qū)域目標 交點，最后通過對比運些頂點和交點的零俯仰角時的時間-姿態(tài)向量，找出最早時刻與6和最 晚時刻苗。3. 根據(jù)權利要求1所述的基于時間-姿態(tài)的成像衛(wèi)星觀測任務分解與合成方法，其特征 在于，步驟(2)與步驟(3)之間包含步驟(5):對至少兩個區(qū)域目標進行合并。4. 根據(jù)權利要求1-3任一項所述的基于時間-姿態(tài)的成像衛(wèi)星觀測任務分解與合成方 法，其特征在于，各步驟的具體操作方法為： (1) 點目標(Target)在WGS84坐標系下的締經高度分別為b、1、h，衛(wèi)星在J2000地屯、慣性 坐標系下t時刻的位置為托j，，z護0M，衛(wèi)星在軌道坐標系下t時刻對目標的指向姿態(tài)為 (r，A3，)吉，衛(wèi)星的位置與時刻點的對應關系為目標的位置與衛(wèi)星在某位置對目標的指向姿態(tài)的對應關系為因此，目標位置可W用衛(wèi)星在某時刻對目標的指向姿態(tài)的函數(shù)F表示，即將上式右端函數(shù)自變量簡寫成（t，r，p，y)Target，稱為衛(wèi)星對某點的咐間-姿態(tài)"向量， 簡稱時姿向量，記為V，對于非敏捷衛(wèi)星其p = 0,時姿向量退化為"時間-側擺"向量（t, r ) Target，簡稱零時姿向量，記為'專； (2) 處于寬邊上的兩個特征點決定了矩形的長，其特征是在全部區(qū)域頂點對星下線的 垂足中處于最兩端的位置，當衛(wèi)星經過某點對星下線的垂足的正上方時稱衛(wèi)星過頂，所W 決定矩形長的運兩個特征點是衛(wèi)星最早te和最晚ti過頂?shù)膬蓚€點，分別記為e6和ei，衛(wèi)星飛 行速度近似看成勻速，如果將衛(wèi)星的俯仰角固定，即P = P〇,則矩形的長轉化為采用時間的 表示，即左二皆-〇嚴P?！? 9 處于長邊上的兩個特征點決定了矩形的寬，其特征是衛(wèi)星對全部區(qū)域頂點過頂時側擺 角最大和最小勺兩個點，分別記為e+和eT，將衛(wèi)星俯仰角固定，如p = p〇,則矩形的寬轉化 為采用衛(wèi)星側擺角的表示，即W 曲； 特征矩形實際上只通過四個量表示，即最早時刻每=15、最晚時刻>最小側擺角、 最大側擺角在A，寫成向量的形式V =護，^爾為俯仰角為P0時的特征向量，當P0 =0時，即衛(wèi)星沒有俯仰能力，此時特征向量退化為V = (iW-，。，即俯仰角為0時的特征 向量，簡稱零特征向量； (3) 將條帶寬度直接采用成像載荷的視場角δ表示，運樣條帶采用零特征向量來描述， 即馬啼=礦乂產，〇帥，其中（r+-r-)strip = S; 如果嚴格按照給定的冗余角從最小側擺一側逐條劃分條帶，往往會出現(xiàn)單側大冗余情 況，將最后的大冗余平均分配到每一處冗余，得到調和冗余角A δ/ ^ Δδ，進一步降低每個 冗余處由于誤差出現(xiàn)漏角或縫隙的風險，使用表示相鄰條帶間距與幅寬之比，稱為條帶劃分粒度， 當指定條帶劃分粒度為g時，對V=r的特征矩形劃分條帶，劃分出的條帶數(shù)為其調和冗余角為'， 故條帶i的零特征向量= (?,Λ ?/，)中最小和最大側擺角為(4) 遍歷目標頂點，對于頂點i如果C eh，/:^，則記錄頂點i，否則舍棄頂點i，繼續(xù)判斷 頂點1 + 1 ;對于頂點1如果^^1 6於，。且^沖'4-，。，或者巧 <。-且?;+1 >呼，則說明頂點1和頂 點i±l組成的邊與條帶相交，開始轉到計算交點的零時姿向量，即交點的側擺與相交的邊 的側擺相等，再通過相似Ξ角形求出交點的時刻，記錄交點，繼續(xù)判定目標頂點； 如果全部頂點遍歷完畢，則找出條帶最早最晚時刻，比較全部記錄下的頂點和交點的 時刻值，得出條帶的最早時刻和最晚時刻4，在對每個條帶進行如此的條帶裁剪之后，目 標分解完成。5.根據(jù)權利要求4所述的基于時間-姿態(tài)的成像衛(wèi)星觀測任務分解與合成方法，其特征 在于，W下情形時進行區(qū)域目標的合并：用時間和側擺范圍來描述，即一個單條帶最大零特 征向量= r，/，V'l要滿足目標合成的條件為點目標的零時姿向量^々，勺或區(qū)域目標的零特征向量 勺不超過單條帶最大零特征向量，即
【文檔編號】G01C21/24GK105841705SQ201610185812
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年6月7日
【發(fā)明人】陳英武, 袁駔, 楊文沅, 賀仁杰, 姚鋒, 邢立寧, 劉曉路, 王濤, 王沛, 陳成, 陳盈果, 劉慧慧
【申請人】中國人民解放軍國防科學技術大學