一种卫星对月定标的时间规划方法

摘要

一种卫星对月定标的时间规划方法，包括以下步骤：利用卫星工具软件初步确定卫星对月定标时间；根据公式确定对月定标具体开始时间、结束时间和相机曝光时间；根据星历获取月球位置参数和卫星轨道要素，由公式求得卫星定标期间各个时刻的补偿角速度，求取该角速度的最大和最小值；选取回到定标初始位置的不同方式，计算两种方式下的机动时间，最终确定卫星定标次数，完成卫星对月定标的时间规划。

主权项

一种卫星对绝对月定标的时间规划方法，其特征在于步骤如下：(1)使用STK建立仿真场景模型，模型中包括月球，地球，太阳，卫星和星上传感器；设置卫星轨道参数、姿态机动能力参数、星上传感器参数和卫星初始姿态；(2)根据步骤(1)中的场景特征，初步确定对月定标时间窗口；利用STK设置月相角在[3°，7°]时卫星对月球全部可见时间段T1、T2……Tn，作为初步卫星对月定标时间窗口；(3)以步骤(2)中确定的定标时间窗口为基础，精确确定对月定标时间窗口；求取卫星进入地影区时间t1和进入阳照区时间t2，[t₁,t₂]即为精确对月定标时间窗口；(4)计算t时刻卫星需要补偿的角速度dθ，t∈[t1,t2]，具体计算方法如下：求取卫星与月球的距离：L＝S‑(R_E+h)sin(ωt+β)；其中S为地心到月心的距离，R_E为地球平均半径，h为卫星轨道高度，ω为角速度，β是黄白交角；求取卫星定标期间在月球表面的地面采样间隔GSD：$GSD=\frac{{\mathrm{\pi R}}_M{10}^{-3}}{180}[\arcsin \frac{Lsin(\alpha +\frac{p}{2f})}{R_M}-\arcsin \frac{Lsin(\alpha -\frac{p}{2f})}{R_M}-\frac{p}{f}];$其中R_M是月球平均半径；α为卫星侧摆角；p为像元尺寸，f为焦距；求取卫星的星下点地速：$V_n=R_E\sqrt{\frac{\mu }{{(R_E+h)}^3}};$其中μ为地球引力常数，μ＝3.986×10⁵km³/s²；求取理论积分时间：$T_{\mathrm{int}}=\frac{{\mathrm{GSD}}^{\prime }}{V_n};$其中GSD′是相机的地面采样间隔；求取实际推扫速度和补偿速度：v＝ωL；$V=\frac{GSD}{T_{\mathrm{int}}}$计算获得补偿角速度大小：$d\theta =\frac{V\pm v}{L-R_M-R_E};$(5)根据两种不同的成像方式，计算单次定标时间TT1，具体为：定义对月定标中成像方式分为两种，第一种为先进行滚转机动，再进行俯仰机动，推扫方向与卫星运动方向相同，第二种为先进行俯仰机动，再进行滚转机动，推扫方向与卫星运动方向相反；当选择第一种时，卫星补偿角速度大小当选择第二种时，卫星补偿角速度大小设ω_min(补)为卫星最小补偿角速度，即第一种方式处于赤道时的补偿角速度，以及第二种方式处于两极时的补偿角速度；ω_max(补)为卫星最大补偿角速度，即第一种方式处于两极时的补偿角速度，以及第二种方式处于赤道时的补偿角速度；设卫星最大俯仰机动角速度为ω_{Y_max}，ω_{Y_max}>ω_max(补)，俯仰最大姿态机动角加速度为a_Y，t_a为卫星加速时间，t_s为卫星稳定时间，t_d为卫星减速时间，则在精确对月定标时间窗口[t1,t2]内单次定标时间TT1的求法如下：在月面推扫的最长用时t_{scan_max}为：$t_{scan\_max}=\frac{2R_M}{min\left(V\right)}$在月面推扫的最短用时t_{scan_min}为：$t_{scan\_min}=\frac{2R_M}{max\left(V\right)}$当定标次数为理论最少定标次数时，最大单次定标时间TT1_max：TT1_max＝t_amax+t_dmax+t_{scan_max}+t_s，当定标次数为理论最多定标次数时，最小单次定标时间TT1_min：TT1_min＝t_amin+t_dmin+t_{scan_min}+t_s，(6)使卫星视轴回到定标初始位置，并计算卫星回到初始位置的最长机动时间TT2_max和最短机动时间TT2_min；(7)计算得到在一次定标过程中，卫星完成的定标次数。