一种卫星对动态目标的跟踪成像方法技术

一种卫星对动态目标的跟踪成像方法，根据动态目标的离散位置信息，用曲线拟合算法进行位置信息的曲线拟合，得到目标位置信息关于时间的连续函数，进而结合卫星的位置信息可以得到卫星跟踪目标在当前控制时刻的目标姿态和目标角速度。本发明专利技术利用动态目标离散位置信息对动态目标进行高精度高稳定跟踪，提高了卫星相机对动态目标跟踪成像的清晰度，对卫星的地面动态目标跟踪成像任务具有现实意义。面动态目标跟踪成像任务具有现实意义。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星对动态目标的跟踪成像方法


[0001]本专利技术涉及一种卫星对动态目标的跟踪成像方法。

技术介绍

[0002]卫星相机对动态目标进行跟踪成像时，卫星控制系统需要使卫星保持较高的精度来保证目标在视场中央和较高的稳定度来保证清晰的成像。现有的卫星跟踪的目标一般是相对地面静止的目标或者慢移动目标，且目标姿态输入来源即目标的空间位置信息为相对地固系的固定值或连续慢变值，但卫星跟踪动态目标时现有的跟踪方法不再适用，主要原因如下：
[0003]1、卫星获取的动态目标的空间位置信息一般是离散的，且目标信息获取时刻的时间间隔不均匀，导致卫星姿态控制系统在控制周期内使用的目标位置信息不精确，使得跟踪精度不高；
[0004]2、卫星获取的动态目标的空间位置信息一般是离散的，且目标信息获取时刻的时间间隔不均匀，由离散位置信息差分得到的位置速度信息会放大位置信息的噪声，影响卫星跟踪的稳定度；
[0005]3、卫星获取的动态目标的空间位置信息经常出现无效数据，在位置信息重新更新后，跟踪过程中的卫星姿态会出现大的跳变，导致成像中断；
[0006]4、由以上三条原因引起的，卫星跟踪动态目标时的目标角速度和目标姿态不是同一时刻的数据，使得卫星出现跟踪偏差和跟踪稳定度不高的现象。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种卫星对动态目标的跟踪成像方法，能够对动态目标进行高精度高稳定跟踪，提高卫星相机对动态目标跟踪成像的清晰度。
[0008]为了达到上述目的，一种卫星对动态目标的跟踪成像方法，包含以下步骤：
[0009]步骤S1、通过最小二乘法对地心指向目标的矢量在J2000惯性坐标系中的投影进行曲线拟合，得到关于时间的连续函数
[0010]步骤S2、对求一阶导数和二阶导数，得到地心指向目标的矢量在J2000惯性坐标系中的投影的一阶导数和二阶导数
[0011]步骤S3、利用求得的一阶导数以及地心指向卫星的矢量在惯性坐标系下的投影及其导数计算出卫星跟踪目标在当前控制时刻的目标姿态q
i
→
m
；
[0012]步骤S4、利用求得的一阶导数和二阶导数
以及地心指向卫星的矢量在惯性坐标系下的投影及其导数计算出卫星跟踪目标在当前控制时刻的目标角速度ω
mi
。
[0013]所述步骤S1包含：通过最小二乘法分别求取地心指向目标的矢量在J2000惯性坐标系中的投影中的和关于时间的连续函数的拟合曲线；
[0014]以为例，使用离当前时刻最近的5个有效数据点为例，使用离当前时刻最近的5个有效数据点和其中，是离当前时刻最近的有效数据点，5个数据点对应的时间戳为t(1)、t(2)、t(3)、t(4)和t(5)，当前时刻用T0表示，对时间戳作以下处理：
[0015]T(5)＝t(5)
‑
INT(t(5))+1
[0016]T(4)＝t(4)
‑
INT(t(5))+1
[0017]T(3)＝t(3)
‑
INT(t(5))+1
[0018]T(2)＝t(2)
‑
INT(t(5))+1
[0019]T(1)＝t(1)
‑
INT(t(5))+1
[0020]式中，函数INT为正数截掉小数取整函数；
[0021]令B
h
为5
×
3的空间数组，C
h
为5
×
1的矢量，D
h
为3
×
1的矢量，则：
[0022]B
h
(j,1)＝T(j)0[0023]B
h
(j,2)＝T(j)1[0024]B
h
(j,3)＝T(j)2[0025][0026]j＝1,2,3,4,5
[0027][0028]得到一元二次方程的三个系数分别为：
[0029]a
h
＝D
h
(1)
[0030]b
h
＝D
h
(2)
[0031]c
h
＝D
h
(3)
[0032]则当前时刻的为：
[0033][0034]同理得到和
[0035]所述步骤S2包含：
[0036]将关于T0求导得到：
[0037][0038][0039]同理可得到和最终可得和
[0040]所述步骤S3包含：
[0041]卫星指向目标的矢量在J2000惯性坐标系中的投影l
m
←
s
为：
[0042][0043]其中，是地心指向卫星的矢量在惯性坐标系下的投影，由卫星轨道参数获取；
[0044]卫星指向目标的单位矢量在J2000惯性坐标系中的投影ρ
m
←
s
为：
[0045][0046]卫星指向目标的单位矢量在J2000惯性坐标系中的投影的速度矢量为：
[0047][0048][0049]其中，是地心指向卫星的矢量在惯性坐标系下投影的导数，由卫星轨道参数获取；
[0050]卫星跟踪目标时，令卫星的载荷光轴即Zb轴指向为ρ
m
←
s
，Yb轴与ρ
m
←
s
和构成的平面垂直，用右手定则确定Xb轴，则，
[0051]i
z
＝ρ
m
←
s
[0052][0053]i
x
＝i
y
×
i
z
[0054]其中，i
x
、i
y
和i
z
为卫星本体系坐标轴三轴指向的单位矢量；
[0055]则惯性系到卫星跟踪目标时的本体系姿态余弦阵为：
[0056][0057]式中，e
x
＝[1；0；0]，e
y
＝[0；1；0]，e
z
＝[0；0；1]；
[0058]由姿态转换矩阵到姿态四元数的转换公式，可由A
m
←
i
得到卫星跟踪目标在当前控制时刻的目标姿态q
i
→
m
。
[0059]所述步骤S4包含：
[0060]令
[0061]则ω
mi
＝
‑
[A
m
(yz)；A
m
(zx)；A
m
(xy)]；
[0062]其中，A
m
(yz)表示A
m
矩阵的第二行第三列，A
m
(zx)表示A
m
矩阵的第三行第一列，A
m
(xy)表示A
m
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星对动态目标的跟踪成像方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤S1、通过最小二乘法对地心指向目标的矢量在J2000惯性坐标系中的投影进行曲线拟合，得到关于时间的连续函数步骤S2、对求一阶导数和二阶导数，得到地心指向目标的矢量在J2000惯性坐标系中的投影的一阶导数和二阶导数步骤S3、利用求得的一阶导数以及地心指向卫星的矢量在惯性坐标系下的投影及其导数计算出卫星跟踪目标在当前控制时刻的目标姿态q
i
→
m
；步骤S4、利用求得的一阶导数和二阶导数以及地心指向卫星的矢量在惯性坐标系下的投影及其导数计算出卫星跟踪目标在当前控制时刻的目标角速度ω
mi
。2.如权利要求1所述的卫星对动态目标的跟踪成像方法，其特征在于，所述步骤S1包含：通过最小二乘法分别求取地心指向目标的矢量在J2000惯性坐标系中的投影中的和关于时间的连续函数的拟合曲线；以为例，使用离当前时刻最近的5个有效数据点为例，使用离当前时刻最近的5个有效数据点和其中，是离当前时刻最近的有效数据点，5个数据点对应的时间戳为t(1)、t(2)、t(3)、t(4)和t(5)，当前时刻用T0表示，对时间戳作以下处理：T(5)＝t(5)
‑
INT(t(5))+1T(4)＝t(4)
‑
INT(t(5))+1T(3)＝t(3)
‑
INT(t(5))+1T(2)＝t(2)
‑
INT(t(5))+1T(1)＝t(1)
‑
INT(t(5))+1式中，函数INT为正数截掉小数取整函数；令B
h
为5
×
3的空间数组，C
h
为5
×
1的矢量，D
h
为3
×
1的矢量，则：B
h
(j,1)＝T(j)0B
h
(j,2)＝T(j)1B
h
(j,3)＝T(j)
22
得到一元二次方程的三个系数分别为：
a
h
＝D
h
(1)b
h
＝D
h
(2)c
h
＝D
h
(3)则当前时刻的为：同理得到和3.如权利要求2所述的卫星对动态目标的跟踪成像方法，其特征在于，所述步骤S2包含：将关于T0求导得到：求导得到：同理可得到和最终可得和4.如权利要求3所述的卫星对动态目标的跟踪成像方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐梓尧，彭瑞，许贤峰，鲁启东，李利亮，张子龙，马瑞，陆丹萍，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：