利用卫星视线矢量对空中目标位置的快速估计方法技术

本发明专利技术的利用卫星视线矢量对空中目标位置的快速估计方法，利用卫星视线矢量以及空中目标平均高度，推算空中目标的三维位置信息；包括：1)计算空中目标地心距Det；2)获取卫星在地心地固系下的位置坐标Res_e；3)计算卫星视线矢量在地心地固系下的分量Pst_e；4)计算卫星目标距离Dst；5)计算空中目标在地心地固系下的位置坐标Ret_e。根据空中目标平均高度计算的空中目标估计位置与实际位置的误差定义为空中目标位置估计误差，包括垂直方向误差和水平方向误差。本发明专利技术可用于星上处理或地面应用，计算生成的目标三维位置信息可作为卫星引导其他地基、空基或天基设备指向、跟踪空中目标的捕获初值，具有较高的应用价值。具有较高的应用价值。具有较高的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
利用卫星视线矢量对空中目标位置的快速估计方法


[0001]本专利技术涉及空中目标位置的估计方法，具体涉及一种利用卫星视线矢量对空中目标位置的快速估计方法。

技术介绍

[0002]卫星可探测的空中目标包括：
[0003]巡航导弹，巡航飞行高度范围5～100m；
[0004]民航飞机，巡航飞行高度范围7～12km；
[0005]军用飞机，巡航飞行高度范围7～18km；
[0006]临近空间飞行器，飞行高度范围20～100km。
[0007]遥感卫星对空中目标进行观测的直接输出结果为卫星指向目标的视线矢量，仅包含二维指向信息。如果用于引导其他地基、空基或天基设备指向目标，必须提供空中目标的三维位置信息。同时，如飞机、临近空间飞行器等空中目标移动速度快，卫星观测时间短，必须在短时间内快速给出计算结果。因此，迫切需要一种能够利用卫星视线矢量对空中目标位置进行快速估计的方法。
[0008]《利用视线向量的资源三号卫星影像严格几何处理模型》(武汉大学学报
·
信息科学版第38卷第12期2013年12月)给出了利用视线向量计算地面点坐标的方法。该方法仅限于计算地球表面目标的位置信息，目标高度信息默认为0。未能描述对空间中具有一定高度的飞行目标进行定位的方法，也未分析空中目标定位计算方法的误差。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种利用卫星视线矢量对空中目标位置的快速估计方法，解决单星探测空中目标缺少第三维度信息的难题。
[0010]为了达到上述的目的，本专利技术提供一种利用卫星视线矢量对空中目标位置的快速估计方法，利用卫星遥感相机探测空中目标获得的卫星视线矢量，以及空中目标平均高度，推算空中目标的三维位置信息；所述空中目标平均高度根据卫星探测目标确定的探测范围确定。
[0011]上述利用卫星视线矢量对空中目标位置的快速估计方法，其中，所述估计方法包括：
[0012]1)计算空中目标地心距Det；
[0013]Det＝地球半径+h，其中，h为空中目标平均高度；
[0014]2)获取卫星在地心地固系下的位置坐标Res_e；
[0015]3)计算卫星视线矢量在地心地固系下的分量Pst_e；
[0016]4)计算卫星目标距离Dst；
[0017]b＝2*Res_e
T
*Pst_e
[0018]c＝Res_e
T
*Res_e
‑
Det^2
[0019]Dst＝(
‑
b
‑
sqRet(b^2
‑
4*c))/2
[0020]其中，Res_e
T
表示列阵Res_e的转置；
[0021]5)计算空中目标在地心地固系下的位置坐标Ret_e；
[0022]Ret_e＝Res_e+Pst_e*Dst。
[0023]上述利用卫星视线矢量对空中目标位置的快速估计方法，其中，所述1)中采用圆球地球模型，Det＝6378+h，单位为km。
[0024]上述利用卫星视线矢量对空中目标位置的快速估计方法，其中，所述1)中采用WGS84椭球地球模型。
[0025]上述利用卫星视线矢量对空中目标位置的快速估计方法，其中，所述2)中根据卫星J2000地心平赤道惯性系下的位置坐标Res_i获取卫星在地心地固系下的位置坐标Res_e，具体包括：根据曝光时刻t计算地心地固系相对于J2000地心平赤道惯性系的方向余弦矩阵Cei；Res_e＝Cei*Res_i。
[0026]上述利用卫星视线矢量对空中目标位置的快速估计方法，其中，所述2)中根据轨道六根数获取卫星在地心地固系下的位置坐标Res_e。
[0027]上述利用卫星视线矢量对空中目标位置的快速估计方法，其中，所述卫星视线矢量根据卫星遥感相机的成像模型计算获得，表示为卫星指向空中目标的单位矢量在卫星本体系下的分量Pst_b；所述3)中，Pst_e＝Cei*Cbi
T
*Pst_b，其中，Cbi
T
表示矩阵Cbi的转置，Cbi为采用方向余弦形式表示的卫星本体在惯性系下的姿态。
[0028]上述利用卫星视线矢量对空中目标位置的快速估计方法，其中，将空中目标在地心地固系下的位置坐标Ret_e转换为地理坐标形式。
[0029]上述利用卫星视线矢量对空中目标位置的快速估计方法，其中，所述估计方法还包括分析空中目标位置估计方法的误差：定义根据空中目标平均高度计算的空中目标估计位置与实际位置的误差为空中目标位置估计误差，包括垂直方向误差和水平方向误差；
[0030]垂直方向误差即空中目标海拔高度误差Δv＝空中目标飞行高度范围/2；
[0031]水平方向误差计算包括以下步骤：
[0032](1)计算地星目角Aest
[0033]Aest＝arccos(
‑
Res_e
T
*Pst_e/|Res_e|)
[0034]其中，|Res_e|表示列阵Res_e的模；
[0035](2)计算星地目角Aset
[0036]Aset＝arccos(Res_e
T
*Ret_e/|Res_e|/|Ret_e|)
[0037]其中，|Ret_e|表示列阵Ret_e的模；
[0038](3)计算水平方向误差Δh
[0039]Δh＝Δv*tag(Aest+Aset)。
[0040]上述利用卫星视线矢量对空中目标位置的快速估计方法，其中，其他地基、空基或天基根据空中目标位置估计误差，结合自身位置信息和有效跟踪视场，判断是否具备跟踪条件。
[0041]与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果是：
[0042]本专利技术的利用卫星视线矢量对空中目标位置的快速估计方法，利用卫星遥感相机探测空中目标获得的卫星视线矢量，以及根据卫星探测目标的特性给出空中目标的高度范
围，选取接近的预估高度，推算空中目标的三维位置信息，解决了单星探测目标缺少第三维度信息的难题，具有较强的先进性；计算方法逻辑清晰，流程简单，计算速度快，占用资源少，可用于星上处理或地面应用；计算生成的目标三维位置信息，可作为卫星引导其他地基、空基或天基设备指向、跟踪空中目标的捕获初值，具有较高的应用价值。
附图说明
[0043]本专利技术的利用卫星视线矢量对空中目标位置的快速估计方法由以下的实施例及附图给出。
[0044]图1为本专利技术中卫星观测空中目标的位置关系示意图。
具体实施方式
[0045]以下将结合图1对本专利技术的利用卫星视线矢量对空中目标位置的快速估计方法作进一步的详细描述。
[0046]本专利技术利用卫星遥感相机探测空中目标获得的卫星视线矢量，以及根据卫星探测目标的特性给出空中目标的高度范围，选取接近的预估高度，推算空中目标的三维位置信息，从而解决本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.利用卫星视线矢量对空中目标位置的快速估计方法，其特征在于，利用卫星遥感相机探测空中目标获得的卫星视线矢量，以及空中目标平均高度，推算空中目标的三维位置信息；所述空中目标平均高度根据卫星探测目标确定的探测范围确定。2.如权利要求1所述的利用卫星视线矢量对空中目标位置的快速估计方法，其特征在于，所述估计方法包括：1)计算空中目标地心距Det；Det＝地球半径+h，其中，h为空中目标平均高度；2)获取卫星在地心地固系下的位置坐标Res_e；3)计算卫星视线矢量在地心地固系下的分量Pst_e；4)计算卫星目标距离Dst；b＝2*Res_e
T
*Pst_ec＝Res_e
T
*Res_e
‑
Det^2Dst＝(
‑
b
‑
sqRet(b^2
‑
4*c))/2其中，Res_e
T
表示列阵Res_e的转置；5)计算空中目标在地心地固系下的位置坐标Ret_e；Ret_e＝Res_e+Pst_e*Dst。3.如权利要求2所述的利用卫星视线矢量对空中目标位置的快速估计方法，其特征在于，所述1)中采用圆球地球模型，Det＝6378+h，单位为km。4.如权利要求2所述的利用卫星视线矢量对空中目标位置的快速估计方法，其特征在于，所述1)中采用WGS84椭球地球模型。5.如权利要求2所述的利用卫星视线矢量对空中目标位置的快速估计方法，其特征在于，所述2)中根据卫星J2000地心平赤道惯性系下的位置坐标Res_i获取卫星在地心地固系下的位置坐标Res_e，具体包括：根据曝光时刻t计算地心地固系相对于J2000地心平赤道惯性系的方向余弦矩阵Cei；Res_e＝Cei*Res_i。6.如权利要求2所述的利用卫星视线矢量对空中目标位置的快速估计方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟亮，吕旺，钱元元，余润清，肖灿明，顾军，沈松涛，
申请(专利权)人：上海航天空间技术有限公司，
类型：发明
国别省市：