一种高精度成像时刻在轨校正方法与流程

本发明属于卫星高精度成像技术领域，具体涉及一种高精度成像时刻在轨校正方法。

背景技术：

现在卫星的成像精度要求越来越高，相应的各项影响成像精度的因素都需要进行优化并使得误差最小化。其中一项影响成像精度的因素就是成像时刻的精确确定。

根据卫星任务的地面规划，将上传多天天内的成像目标点的地理经纬度与对应的成像开机时刻t_k。由于地面轨道递推误差，成像目标点对应的成像最佳开机时间可能存在一定的误差，需要在星上对开机时刻进行校正，以期望得到最佳的观测效果。当前缺乏能够从星上软件设计方面通过优化修正措施计算得到高精度成像时刻的方法，现有方法的精度不高或算法复杂，不利于星载计算机的实现。

技术实现要素：

为了在轨高精度计算得到最佳成像时刻，以期望得到最佳的观测效果，本发明利用卫星在轨的运动特性和GPS的数据，基于设定的算法，提供一种高精度成像时刻在轨校正方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案在于提供一种高精度成像时刻在轨校正方法，包括如下步骤：

步骤1，在星上获得由地面上注的成像时刻点；

步骤2，根据获得的成像时刻点，利用GPS接收机预报的卫星信息，得到该时刻卫星的位置和速度；

步骤3，根据位置和速度结合地面上注的成像目标点位置，计算校正时间偏差；

步骤4，计算得到修正后的成像时刻；

步骤5，判断校正时间偏差是否满足精度要求，若不满足则将步骤4的时间作为成像时刻点，重复步骤2～步骤5；若满足则成像时刻校正计算结束，用修正后的成像时刻开机成像。

本发明所述高精度成像时刻在轨校正方法，由于采取了在星上利用GPS参数进行校正成像时间偏差的计算方法，解决了地面长期任务规划存在成像目标点对应的成像最佳开机时间可能存在一定误差的问题，解决了星上如果自主长期计算可能需要很大运算量的问题，该方法计算简单，适宜于星上自主实现，修正的精度可以达到ms级，取得了利用修正开机时刻应用于高精度卫星开机成像指向基准有益效果。

附图说明

图1是本发明所述高精度成像时刻在轨校正方法的流程示意图。

具体实施方式

以下先介绍本发明具体实施方式的相关原理：

多普勒中心频率f_D定义为

式中：λ_SAR为载荷工作波长；为卫星相对目标点的速度矢量；R为卫星相对目标点的位置矢量；R为卫星相对目标点的距离。

其中，

R＝R_s-R_t (2)

式中：R_s为卫星相对地心的位置矢量；R_t为目标点相对地心的矢量。

在轨卫星进行二维导引后，理论上天线中心指向相对成像点的多普勒频率为零，即最佳的成像点为卫星与目标点的相对位置与速度相对垂直。因此，成像时刻校正的目的在于修正地面规划的成像时刻点，最终使得成像时刻与R互相垂直，即

由于多天内轨道递推误差不大，预定开机时刻和校正后的开机时刻相差不大，小于1s，在此时间范围内，可以将速度向量视为常值。在地固系下，在设计开机时刻附近Δt内卫星位置可以表示为

R_s＝R₀+V₀Δt (4)

式中，R₀和V₀分别为与上传开机对应时刻GPS给出的卫星位置和速度向量。R_t由上传的目标点经纬度转化成的位置向量来表示。地固系下目标点速度为0，则为上传开机对应时刻GPS给出的卫星速度向量，即V₀。

将这些变量代入式(3)，得到

V₀·(R₀+V₀·Δt-R_t)＝0 (5)

则校正时间为

其中，R₀、V₀由对应于上传成像时刻点的GPS数据提供；R_t通过由目标地理经纬度转化成的地固系下的位置向量来表示。

校正后成像时刻t₁＝t₀+Δt。

由于在上述修正方式中采用了速度的近似，一次修正肯定存在一定的偏差，若要求较高的时间修正精度，就需要进行多次迭代修正。

从上述计算方法看出，应用该方法计算高精度成像修正时刻的运算量很小，星载计算机很容易实现。

如图1所示，本发明所述高精度成像时刻在轨校正方法，包括如下步骤：

步骤1，在星上获得由地面上注的成像时刻点t_k，该时刻点t_k为需要修正的成像时刻点；

步骤2，根据获得的成像时刻点t_k和GPS接收机预报的卫星信息，得到该t_k时刻卫星的位置和速度R_k、V_k。

步骤3，根据t_k时刻的位置和速度R_k、V_k结合地面上注的成像目标点位置R_t，计算校正时间

步骤4，计算得到修正后成像时刻点t_k＝t_k+Δt_k；

步骤5，判断Δt_k是否满足精度要求。若时间精度不满足要求，则将步骤4计算得到的时间(t_k值)作为需要修正的成像时刻点，返回步骤2并重新执行步骤2～步骤5，进行下一次迭代修正计算；否则成像时刻校正计算结束，以结束时步骤4计算得到的时间(t_k值)作为修正后的高精度成像时刻点，星上在此时刻开机成像。

综上所述，本发明的方法计算简单灵活，可应用于卫星正常工作时期高精度的成像时刻确定，为成像提供高精度的时间基准。

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。