一种基于姿态机动的SAR卫星多条带拼接成像方法

技术领域

本发明涉及卫星多条带成像技术领域，具体涉及一种基于姿态机动的SAR卫星多条带拼接成像方法。

背景技术

小卫星因卫星重量轻，造价低而广泛应用。为降低小卫星因扫描幅宽窄，地面覆盖宽度不足等缺点，小卫星应用上对卫星多条带拼接成像需求日益凸显。小卫星惯量小，姿态切换响应快，采用大力矩输出的执行机构，可以实现10～30s内的敏捷机动，可以较好满足卫星多条带拼接成像的时间约束，实现卫星在同一轨道弧段内对多个目标成像进行拼接观测，极大发挥小卫星距离向成像效能，大幅提升载荷地面成像覆盖能力。

卫星多条带拼接需要卫星绕空间任意指向进行目标确定。采用通常欧拉角旋转方式描述卫星姿态，可能存在姿态奇异和解算的问题，卫星姿态转序设计也很难适应空间任意姿态之间的切换。

发明内容

本发明的目的是采用姿态四元数描述卫星姿态，通过目标姿态四元数描述姿态跟踪控制，避免因目标姿态随意性产生姿态控制转序的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于姿态机动的SAR卫星多条带拼接成像方法，在不同姿态下获取卫星成像的视角，包括侧视角

根据侧视角

获取目标姿态角；

将目标姿态角转换为该姿态下的目标姿态四元数q

可选地，在不同姿态下获取卫星成像的视角，所述姿态依次包括前视姿态、平飞和后视姿态。

可选地，计算转动角度θ

可选地，目标姿态角包括：卫星滚动姿态角

可选地，将目标姿态角转换为该姿态下的目标姿态四元数q

其中，q

本发明的有益效果为：

(1)本发明能够根据多条带拼接的成像时间和成像目标姿态序列，自动维护目标姿态四元数，过程明确，工程可实现性强。

(2)本发明以固定

附图说明

图1为本发明的卫星轨道坐标系示意图。

图2为本发明的电扫、机械扫描示意图。

图3为本发明多条带拼接姿态角度曲线图(横坐标为时间，单位秒；纵坐标为角度，单位°)。

图4为本发明多条带拼接姿态角速度曲线图(横坐标为时间，单位秒；纵坐标为角度，单位°/s)。

图5为本发明多条带拼接姿态角度偏差曲线图(横坐标为时间，单位秒；纵坐标为角度，单位°)。

图6为本发明多条带拼接姿态角速度偏差曲线图(横坐标为时间，单位秒；纵坐标为角度，单位°/s)。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，定义卫星轨道坐标系，轨道坐标系是对地卫星姿态的参考基准，卫星的姿态信息在此坐标系下描述：原点O

定义卫星本体坐标系，卫星绕运行轨道正飞，则卫星本体坐标系(称为b系)与轨道坐标系(称为o系)重合。

卫星载荷多条带成像模式是利用小卫星敏捷姿态机动能力，通过快速改变卫星对地姿态指向，采用载荷机械扫描和电扫描方式相结合，快速改变卫星载荷成像波束指向。如图2，电扫描方式可获得成像视角θ

在卫星多条带模式下，本发明通过卫星绕本体坐标系(b系)俯仰轴姿态机动，实现卫星“前视→平飞→后视”等多种侧视状态偏置和切换，再配合载荷距离向电扫，从而实现多条带扫描拼接。

具体为：

(1)在第一次成像起始时刻t1前完成卫星绕俯仰轴转动角度θm的前视姿态到位。

(2)第一次成像：起始时刻为t1、结束时刻为t2；

在多条带模式下获取第一次成像的侧视角

θm为变量，需要通过目标角度θ

(3)在第一次成像结束时刻t2后开始完成卫星绕俯仰轴转动角度-θ

其中，负号表示转动方向与上述(1)的转动方向相反，即在第一次成像结束时刻t2后，卫星反向绕俯仰轴转动角度θ

(4)第二次成像：起始时刻为t3、结束时刻为t4；

当星上时间超过t2，以第二次成像视角和斜视角计算绕俯仰轴转动的目标角度θ

在多条带模式下获取第二次成像的侧视角

(5)在第二次成像结束时刻t4后开始完成卫星绕俯仰轴转动角度-θ

其中，负号表示转动方向与上述(1)的转动方向相反，也就是与上述(3)的转动方向相同，即在第二次成像结束时刻t4后，卫星反向绕俯仰轴再次转动角度θ

(6)第三次成像：起始时刻为t5、结束时刻为t6；

当星上时间超过t4，以第三次成像视角和斜视角计算绕俯仰轴的转动的目标角度θ

在多条带模式下获取第三次成像的侧视角

(7)第三次成像结束时刻t6后，姿态具备机动回卫星初始姿态。当星上时间超过t6，以卫星初始对日惯性系下的姿态更新目标四元数。

在上述(2)(4)(6)中，通过下式根据侧视角

在上述(2)(4)(6)中，通过目标姿态角(

其中，q

实际工程应用中，可结合成像要求对侧视角度

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。