一种量子卫星对地面光学站指向姿态实现方法技术

本发明专利技术提供了一种量子卫星对地面光学站指向姿态实现方法，科学应用系统制订科学实验计划，包括参与该科学实验的地面光学站配置，地面光学站地理坐标等参数，以及量子卫星过境科学实验计划中涉及的地面光学站的出入境时刻预报数据；量子卫星包括卫星平台，卫星平台承载密钥通信机、纠缠源、纠缠发射机等光学载荷；本发明专利技术的涉及的卫星对地面光学站指向得上注姿态导引律包括两部分：第一姿态导引律及第二姿态导引律，以第二姿态导引律在前，第一姿态导引律在后的次序无缝组合后形成卫星对地面光学站指向的上注姿态导引律。通过卫星平台在轨偏航姿态机动的策略，可以解决量子卫星科学实验中遇到的量子卫星光学器件保持特定需求的偏振态问题。

【技术实现步骤摘要】
一种量子卫星对地面光学站指向姿态实现方法
本专利技术涉及量子卫星
，特别涉及一种量子卫星对地面光学站指向姿态实现方法。
技术介绍
量子科学实验卫星在星地量子通信实验时，需要卫星平台对特定地面光学站进行姿态指向，在此基础上，载荷利用自身的转动机构及算法在有限的机动范围内完成对地面站高精度的指向，从而确保量子科学实验卫星开展有效星地通信。量子通信使用量子偏振态来携带信息，地面光学站与量子卫星之间通过共享相同的参考系来比对量子偏振态，从而实现量子通信。量子卫星载荷在轨测试过程中，若载荷单机内部光学组件的偏振特性没有达到预期值范围内，则无法确保科学实验获取有效的实验数据。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种量子卫星对地面光学站指向姿态实现方法，以解决量子卫星载荷在轨测试中存在的量子偏振态特性无法满足开展有效科学实验要求的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种量子卫星对地面光学站指向姿态实现方法，所述量子卫星对地面光学站指向姿态实现方法涉及地面测控中心、多个地面测控站、科学应用系统，以及量子卫星，其中：所述科学应用系统提供参与该科学实验的地面光学站配置、以及地面光学站的地理位置，以及所述量子卫星过境地面光学站的出入境时刻预报数据信息；所述量子卫星包括卫星平台，以及所述卫星平台所承载的密钥通信机、纠缠源、纠缠发射机、科学实验控制与处理机；所述地面测控中心根据所述地面光学站配置、地面光学站的地理位置，以及所述量子卫星过境地面光学站出入境时刻预报数据信息，根据注入姿态导引律算法，生成地面上注姿态导引律数据，并发送至所述地面测控站；通过卫星系统约定的上注指令将所述地面上注姿态导引律数据上注给正在过境地面测控站的量子卫星，从而完成一个完整的地面上注姿态导引律数据操作流程；在量子卫星的星务计算机上预先储备下次量子科学实验所需的卫星对地面光学站指向姿态数据，确保满足量子通信所需要的光学器件的偏振态特性。可选的，在所述的量子卫星对地面光学站指向姿态实现方法中，所述科学应用系统还提供所述科学实验的跟踪开始时间和跟踪结束时间；所述地面上注姿态导引律数据包括第一姿态导引律和第二姿态导引律；在第二姿态导引律的控制下，所述卫星平台对所述地面光学站进行预指向，在第一姿态导引律的控制下，所述卫星平台对所述地面光学站进行跟踪指向。可选的，在所述的量子卫星对地面光学站指向姿态实现方法中，所述卫星平台采用所述第一姿态导引律对所述地面光学站进行跟踪指向的开始时间为第一开始时间，所述第一开始时间比所述跟踪开始时间提前300秒；所述卫星平台采用所述第一姿态导引律对所述地面光学站进行跟踪指向的结束时间为第一结束时间，所述第一结束时间为所述跟踪结束时间；所述第一开始时间和所述第一结束时间之间，各个姿态数据的时间间隔为1.5秒。可选的，在所述的量子卫星对地面光学站指向姿态实现方法中，所述卫星平台采用所述第二姿态导引律对所述地面光学站进行预指向的开始时间为第二开始时间，所述第二开始时间比所述第一开始时间提前600秒；所述卫星平台采用所述第二姿态导引律对所述地面光学站进行预指向的结束时间为第二结束时间，所述第二结束时间为所述第一开始时间；所述第二开始时间和所述第二结束时间之间，各个姿态数据的时间间隔为1.5秒。可选的，在所述的量子卫星对地面光学站指向姿态实现方法中，计算所述第一姿态导引律包括：建立以所述卫星平台所在位置为起点，指向所述地面光学站几何中心的矢量作为第一单位矢量；使所述第一单位矢量叉乘VVLH坐标系下的X轴矢量，获取第二单位矢量，其中，所述VVLH坐标系下的X轴矢量为：XVVLH＝(-R×V)×(-R)，其中，R为量子卫星在地心系下的位置矢量，V为量子卫星在地心系下的速度矢量；通过所述第二单位矢量与所述第一单位矢量叉乘，获取第三单位矢量；根据所述第一单位矢量、第二单位矢量及第三单位矢量，获取卫星平台为坐标原点的对地面光学站指向的第一坐标系(x0，y0，z0)，其中，x0，y0，z0分别与所述第一单位矢量、所述第二单位矢量及所述第三单位矢量重合；沿z0旋转45度，获取第二坐标系(x，y，z)，其中(x，y，z)与(x0，y0，z0)的转换关系如下：可选的，在所述的量子卫星对地面光学站指向姿态实现方法中，所述卫星平台采用第一姿态导引律对所述地面光学站进行指向包括：所述第二坐标系(x，y，z)为带偏航姿态约束的卫星本体坐标系；计算出所述第二坐标系(x，y，z)相对VVLH坐标系下的姿态四元数数据；所述地面测控中心将所述VVLH坐标系下的姿态四元数矢量数据按照约定格式加工后，生成第一姿态导引律数据。可选的，在所述的量子卫星对地面光学站指向姿态实现方法中，所述第二姿态导引律包括：将所述第一开始时间所对应的VVLH坐标系下的姿态四元数矢量数据的三个值q1、q2、q3作为第二结束时间所对应的那一组第二姿态导引律数据点；以该第二姿态导引律数据点，按照下列算法推算第二姿态导引律的其他数据点；其中，qi(t)为前一个第二姿态导引律数据，qi为后一个第二姿态导引律数据；T为所述第二结束时间与所述第二开始时间之差，t为0s～600s的整数秒时间。可选的，在所述的量子卫星对地面光学站指向姿态实现方法中，将所述地面上注姿态导引律数据上注给正在过境地面测控站的量子卫星包括：将所述第二姿态导引律数据放在所述第一姿态导引律数据前，得出卫星对地面光学站指向姿态上注导引律初级产品；将所述卫星对地面光学站指向姿态导引律初级产品进行处理，转化成双精度型数据；将卫星对所述地面光学站指向姿态导引律初级产品进行处理，转化成整型数据：GuidLaw＝round(Qguid*230)，Qguid为所述卫星对地面光学站指向姿态上注导引律初级产品，GuidLaw为整型数据，即所述卫星对地面光学站指向姿态上注导引律终级产品；所述卫星对地面光学站指向上注导引律终级产品注入到卫星平台的星务软件，所述星务软件将所述整型数据除以230，恢复出所述地面光学站指向上注导引律的数据原值。在本专利技术提供的量子卫星对地面光学站指向姿态实现方法中，科学应用系统向地面测控中心提供科学实验计划，包括参与该科学实验的地面光学站配置，地面光学站地理坐标，以及所述量子卫星过境地面光学站的出入境时刻预报数据，地面测控中心计算出第一姿态导引律和第二姿态导引律，并由地面测控站向量子卫星上注第一姿态导引律和第二姿态导引律，卫星平台采用第二姿态导引律对地面光学站进行指向，完成卫星对地面光学站预指向任务；卫星平台采用第一姿态导引律对地面光学站进行指向，完成卫星对地面光学站跟踪任务；第二姿态导引律在前，第一姿态导引律在后依次组合成卫星对地面光学站指向的上注姿态导引律，其中导引律已经考虑了姿态偏航机动约束，这样的导引律可以使光学载荷的量子偏振态满足科学实验需求本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种量子卫星对地面光学站指向姿态实现方法，其特征在于，所述量子卫星对地面光学站指向姿态实现方法涉及地面测控中心、多个地面测控站、科学应用系统，以及量子卫星，其中：/n所述科学应用系统提供参与该科学实验的地面光学站配置、以及地面光学站的地理位置，以及所述量子卫星过境地面光学站的出入境时刻预报数据信息；/n所述量子卫星包括卫星平台，以及所述卫星平台所承载的密钥通信机、纠缠源、纠缠发射机、科学实验控制与处理机；/n所述地面测控中心根据所述地面光学站配置、地面光学站的地理位置，以及所述量子卫星过境地面光学站出入境时刻预报数据信息，根据注入姿态导引律算法，生成地面上注姿态导引律数据，并发送至所述地面测控站；/n通过卫星系统约定的上注指令将所述地面上注姿态导引律数据上注给正在过境地面测控站的量子卫星，从而完成一个完整的地面上注姿态导引律数据操作流程；/n在量子卫星的星务计算机上预先储备下次量子科学实验所需的卫星对地面光学站指向姿态数据，确保满足量子通信所需要的光学器件的偏振态特性。/n

【技术特征摘要】
1.一种量子卫星对地面光学站指向姿态实现方法，其特征在于，所述量子卫星对地面光学站指向姿态实现方法涉及地面测控中心、多个地面测控站、科学应用系统，以及量子卫星，其中：
所述科学应用系统提供参与该科学实验的地面光学站配置、以及地面光学站的地理位置，以及所述量子卫星过境地面光学站的出入境时刻预报数据信息；
所述量子卫星包括卫星平台，以及所述卫星平台所承载的密钥通信机、纠缠源、纠缠发射机、科学实验控制与处理机；
所述地面测控中心根据所述地面光学站配置、地面光学站的地理位置，以及所述量子卫星过境地面光学站出入境时刻预报数据信息，根据注入姿态导引律算法，生成地面上注姿态导引律数据，并发送至所述地面测控站；
通过卫星系统约定的上注指令将所述地面上注姿态导引律数据上注给正在过境地面测控站的量子卫星，从而完成一个完整的地面上注姿态导引律数据操作流程；
在量子卫星的星务计算机上预先储备下次量子科学实验所需的卫星对地面光学站指向姿态数据，确保满足量子通信所需要的光学器件的偏振态特性。


2.如权利要求1所述的量子卫星对地面光学站指向姿态实现方法，其特征在于，所述科学应用系统还提供所述科学实验的跟踪开始时间和跟踪结束时间；
所述地面上注姿态导引律数据包括第一姿态导引律和第二姿态导引律；在第二姿态导引律的控制下，所述卫星平台对所述地面光学站进行预指向，在第一姿态导引律的控制下，所述卫星平台对所述地面光学站进行跟踪指向。


3.如权利要求2所述的量子卫星对地面光学站指向姿态实现方法，其特征在于，
所述卫星平台采用所述第一姿态导引律对所述地面光学站进行跟踪指向的开始时间为第一开始时间，所述第一开始时间比所述跟踪开始时间提前300秒；
所述卫星平台采用所述第一姿态导引律对所述地面光学站进行跟踪指向的结束时间为第一结束时间，所述第一结束时间为所述跟踪结束时间；
所述第一开始时间和所述第一结束时间之间，各个姿态数据的时间间隔为1.5秒。


4.如权利要求3所述的量子卫星对地面光学站指向姿态实现方法，其特征在于，
所述卫星平台采用所述第二姿态导引律对所述地面光学站进行预指向的开始时间为第二开始时间，所述第二开始时间比所述第一开始时间提前600秒；
所述卫星平台采用所述第二姿态导引律对所述地面光学站进行预指向的结束时间为第二结束时间，所述第二结束时间为所述第一开始时间；
所述第二开始时间和所述第二结束时间之间，各个姿态数据的时间间隔为1.5秒。


5.如权利要求4所述的量子卫星对地面光学站指向姿态实现方法，其特征在于，计算所述第一姿态导引律包括：
建立以所述卫星平台所在位置为起点，指向所述地面光学站几何中心的矢量作为第一单位矢量；...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋虎，邓雷，余金培，李晓红，
申请(专利权)人：中国科学院微小卫星创新研究院，上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：上海;31