[发明专利]一种面向对地超幅宽成像的卫星编队实现方法

说明书

本发明公开了一种面向对地超幅宽成像的卫星编队实现方法，涉及卫星稳定成像的编队技术，属于控制、调节的技术领域。本方法针对分布式超幅宽成像问题进行了研究，打破传统卫星成像的单一星下点成像方式，通过搭载高精度成像载荷并且结合分布式卫星控制技术，可使卫星以编队成像的形式实现高精度超幅宽成像，大幅提升卫星搜索成像效率。本方法提出了基于J2稳定性的分布式卫星编队超幅宽成像模式，解决了卫星凝视范围小、成像幅宽窄、地球自转使得卫星无法对地面相邻区域实现连续成像等问题。

技术领域

本发明公开了一种面向对地超幅宽成像的卫星编队实现方法，涉及卫星稳定成像的编队技术，属于控制、调节的技术领域。

背景技术

随着空间技术的快速发展，卫星遥感成像技术在农业、经济、气候、搜索救援等方面日益凸显出其快速、便捷、精度高等优势。而由敏捷卫星组成的分布式微纳卫星具有成本低、配置灵活等特点。微纳卫星相对传统大卫星来说，研发周期短，技术指标相对较低，发射成本也因其较低的质量降低，中小型国家以及科研机构高校均可承担其研制发射费用，结合一箭多星技术可实现快速发射部署，低轨道的微纳卫星可由改装后的导弹发射入轨，能够灵活应对突发状况，满足快速响应的需求，具有大卫星无法比拟的技术优势。

然而，目前卫星成像技术普遍采用单星成像后进行图像拼接的方式完成大地图的成像，由于地球自转的影响，卫星无法对地面相邻区域实现连续成像，需要经历较长的时间才能经过上次成像的相邻区域，从而造成对相邻区域的成像质量受光照条件、云雾遮挡等条件的影响，同时，针对动态目标进行大范围搜索时(如：海上失联目标搜救、高动态目标搜索)，目标极易在该时间间隙中移动到已成像的区域中去，从而造成漏查。而使用分布式卫星超幅宽成像技术可极大提升大范围排查的效率与准确性，缩短相邻成像区域的成像延时。

基于超幅宽成像任务，微纳卫星编队队形应长期保持稳定以满足成像需求，而微纳卫星自身体积有限且所携带的用于维持编队的燃料有限，所以需要设计使卫星不使用或使用少量燃料即可满足编队稳定的编队队形及轨道根数。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了一种面向对地超幅宽成像的卫星编队实现方法，实现了分布式卫星超幅宽成像的编队设计以及卫星姿态规划，进而实现了超幅宽成像，解决了卫星凝视范围小、成像幅宽窄、地球自转使得卫星无法对地面相邻区域实现连续成像的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种面向对地超幅宽成像的卫星编队实现方法，包括如下步骤：

1、获取成像需求：确定所需成像区域的维度信息，用于确定分布式卫星的轨道倾角，如需全球范围成像则需采用极轨，确定所需成像的宽度，结合卫星成像参数确定所需要的卫星数量；

2、确定卫星遥感相机的成像参数：主要为成像区域的宽幅、最佳成像高度、相机成像最大侧摆能力；

3、结合以上两步基本确定所需成像的卫星数量，数量应大于等于成像宽幅/单个卫星视野，基于成像区域确定编队的轨道倾角，为保持成像的稳定性，编队采用圆形轨道级，偏心率为0；

4、以参考星为原点，参考星速度方向为Y方向，所在水平面为二维坐标平面设定极坐标系，依据成像宽幅设定各成员星与参考星的距离以及角度；

5、以(17)(18)两式子中的稳定条件为基础，依据(20)-(27)式中的设计方法，可获得各个伴飞卫星根数的解析解，从而确定在稳定条件下的伴飞卫星的根数；

6、依据参考星的星历计算未来各个时刻参考星的成像中心星下点以及各伴飞星在此参考位置下的相机指向矢量；

7、结合各伴飞星的推算星历以及未来各个时刻的指向矢量解算伴飞卫星的姿态信息，使得卫星编队能够在满足J2摄动稳定条件下长期稳定飞行，实现超宽幅成像。