预报生成18:30:00时刻卫星本体Z轴矢量Zi;
[0119]
[0120]②确定卫星本体-Y轴在J2000坐标系下的初始矢量-Yi;
[0121]在ti时刻，即在18: 30:00时刻，卫星本体Z轴对月定向的情况下，卫星相对月球的 速度矢量Vri与卫星本体Z轴矢量Zi的夹角αι为：
[01 2引在tl时刻，卫星相对月球的速度矢量Vrl，运个矢量Vrl在垂直于卫星本体Ζ轴方向的 速度矢量分量Vrl(-y)为:将速度矢量Vrl绕卫星本体X轴转过
，即得到速度矢量分量 Vrl(-y)：
[0126]
[0127]根据步骤（1)遥感器的安装设置，相对定标卫星本体-Υ轴矢量和Vrl(-y)-致，因此- Yl=Vrl(-y)；
[012 引
[0129]③根据Zi和Xi双矢量定姿确定卫星初始姿态角
[0130] 卫星在J2000坐标下的Ξ轴矢量确定过程，由卫星本体Z轴矢量Zi和卫星本体-Y轴 矢量方向-Yi，再由ZiX(-Yi)确定卫星本体X轴方向矢量Xi
[01引]Χ1=ΖιΧ(-Υι) = [5.9511 1.5730 -2.19479]τ
[0132] 根据双矢量定姿得到卫星的初始Ξ轴姿态角四元数q=[qiQ2Q3qo]T=[-0.6273 -0.1602 0.0493 0.4941]τ;
[0133] (4)确定卫星对月成像姿态角速度
[0134]①卫星本体X轴转动角速度ωχ
[0135]结合星敏动态性能，设置卫星姿态绕自身本体X轴W ωχ= 〇 .06° /s旋转控制形成 W月球为视场中屯、的观测速高比；
[0136]②卫星本体Y轴转动角速度Wy
[0137]为了保证月球在遥感器视场中屯、，对月相对定标过程中，卫星绕本体Y轴转动角速 度ωy=〇 /s。
[013引③卫星本体巧由转动角速度ωζ，其中，Wzi为ti时刻卫星本体Z轴转动角速度；
[0139]t2时刻，即18:30:01时刻，卫星在J2000坐标系下的速度矢量
和月球 在J2000坐标系下的速度矢量
[0140]t2时刻，即18:30:01时刻，卫星本体Z轴矢量Z2和卫星相对月球速度Vr2
[0141]
[0142] 取时间步长为1S，（t2-ti) = 1s，t2时刻，即18:30:01时亥Ij，卫星本体巧由矢量Z2
[0143]
[0144] t2时刻，即18:30:01时刻，卫星本体Z轴矢量Z2和卫星相对月球速度Vr2的夹角为
[0145]
[0146] 卫星在t2时刻，卫星本体轴的矢量：
[0147]
[0148]由矢量-Yi和矢量-Y2的变化率，得到卫星本体巧由矢量在t2时刻的角速度：
[0149]
[0150] (5)对月成像姿态路径规划
[0151]由步骤(3)得到的卫星初始Ξ轴姿态角四元数q=[qiQ2Q3qo]T，结合步骤(4)得 到的Ξ轴姿态角速度ω^ = 〇、c〇xi= 〇.〇6°/s= 0.0010和ωζ?= 0.0028,得到卫星在t2时刻 的姿态四元素：
[0152]
[0153] 同理得到，各个定标时段内的姿态四元数，并将所有得到的卫星四元数通过地面 指令上注给卫星的控制系统，实现卫星在轨姿态调整。
【主权项】
1. 一种遥感卫星对月相对定标姿态调整的方法，其特征在于步骤如下： (1) 建立月球的模型、卫星的模型和星上传感器的模型，并使遥感器级数方向与卫星本 体X轴重合，星上遥感器视轴与卫星本体Z轴重合;所述星上传感器采用线阵时间延迟积分 CCD传感器； (2) 当月球为满月、月球影像为圆盘时，且卫星能够观测到月球时为卫星对月成像的可 见时间窗口，在可见时间窗口内选定(trU)作为定标时段，在定标时段内获取星上轨道预 报数据，以及卫星在J2000坐标系下的速度矢量Vs和月球在J2000坐标系下的速度矢量Vm，t 时刻时，卫星在J2000坐标系下的速度矢量为Vsl，t时刻时，月球在J2000坐标系下的速度矢 量为Vmi;其中，ti为定标的开始时间，t n为定标的结束时间;η为定标时段内的采样点数;i = 1、2、3........n_l、n; (3) 根据步骤（1)中建立的三个模型确定卫星对月相对定标的初始姿态角q，q的确定方 法如下： ① 确定卫星本体Z轴在J2000坐标系下的初始矢量Zi，即卫星本体Z轴对月定向； 在^时刻，将月球设置为约束目标，设置卫星本体Z轴指向月球，运行仿真场景，由卫星 预报生成ti时刻卫星本体Z轴矢量Ζι; ② 确定卫星本体-Y轴在J2000坐标系下的初始矢量_Yi; 在七时刻，卫星本体Z轴对月定向的情况下，卫星相对月球的速度矢量Vrl与卫星本体Z 轴矢量Z:的夹角(^为：所述的VrdI据步骤(2)获取卫星在ti时刻J2000坐标系下的初始速度Vsl和月球在J2000 坐标系下的初始速度Vml，计算得到卫星在t时刻相对月球的初始速度:Vrl = Vsl-Vml; 在七时刻，卫星本体Z轴对月定向的情况下，卫星相对月球的速度矢量Vrl在卫星本体Z 轴方向的速度矢量分量为Vrl(z)，卫星相对月球的速度矢量Vrl在垂直于卫星本体Z轴方向的 速度矢量分量Vrl(-y);将速度矢量Vrl绕卫星本体X轴转过即得到速度矢量分量根据步骤（1)遥感器的安装设置，相对定标卫星本体-Y轴矢量和vrl(-y)-致，因此-Yi= Vrl(-y)；③双矢量定姿确定卫星初始姿态角q 卫星在J2000坐标下的二轴矢量确定过程，由卫星本体Z轴矢量Ζι和卫星本体-Y轴矢量 方向-Υι，再由ZiX (-Υ0确定卫星本体X轴方向矢量Xi，卫星在J2000坐标系下的矢量求出 后，同时求出三轴矢量在星体本体坐标下的单位矢量;根据双矢量定姿得到卫星的初始三 轴姿态角四元数q=[qi q2 q3 qo]T; (4)确定对月相对定标姿态角速度，分别为卫星本体X轴转动角速度ωχ、卫星本体Y轴转 动角速度^和卫星本体Ζ轴转动角速度cozi，其中，cox = 〇.〇6-〇.6°/s，coy = 〇°/s，cozi确定 方法如下： 卫星本体-Y轴矢量-Yi的变化率决定了卫星本体Z轴的转动角速度ω zi，在ti时刻，卫星 相对月球的速度矢量Vri在垂直于矢量Zi方向速度矢量分量Vrl(-y)为:将速度矢量V rl绕卫星 本体X轴转过1即得到速度矢量分量Vrl(-y)其中：为卫星相对月球运动的速度矢量，_Yi为ti时刻卫星本体-Y轴的矢 量;Zi为ti时刻卫星本体z轴的矢量； Qi为ti时刻卫星相对月球运动速度矢量Vri与卫星本体Z轴矢量的夹角，Cti为变化量，其 求解过程如下： 卫星采用3-1-2的姿态角转序，卫星绕本体Z轴由ti时刻转动到ti+1时刻时转过的角度为 0i+1，0i+1= c〇zi(ti+1-ti)，卫星绕本体X轴由ti时刻转动到ti+1时刻时转过的角度为y i+1， γ i+i= wx(ti+i_ti)角度，得到卫星本体Z轴矢量变化为卫星绕本体Z轴转过0i+1 = ω zi(ti+1-ti)角度，此旋转对Zi矢量没有影响，得到由此得到卫星在ti+1时刻，卫星本体Z轴矢量Z i+1和卫星相对月球速度Vr(i+1)的夹角为卫星在ti+1时刻，卫星本体-Yi+1轴的矢量方向由矢量_Yi和矢量-Yi+i的变化率，得到卫星本体Z轴矢量的角速度其中，Vri为ti时刻卫星相对月球的速度，Vr(i+1)为ti+1时刻卫星相对月球的速度;V si为ti 时刻卫星在J2000坐标系下的速度，Vmi为ti时刻月球在J2000坐标系下的速度，adVrl与卫 星本体Z!轴的夹角，a i+AVr(i+1)与卫星本体Zi+1轴的夹角，ω γ为卫星本体Y轴转动角速度 (5)定标时段内卫星姿态四元素的确定方法： 由步骤(3)得到的卫星初始三轴姿态角四元数q=[qi q2 q3 qo]T，结合步骤(4)得到的 三轴姿态角速度《\、0^和《6得到姿态四元素运动方程如下根据该运动方程得到定标时段内卫星姿态四元素； (6)将步骤(5)得到的卫星姿态四元素，通过地面指令上注给卫星的控制系统，实现卫 星在轨姿态调整。
【专利摘要】本发明涉及一种遥感卫星对月相对定标姿态调整方法，属于对月成像技术领域。能够实现卫星对月球进行相对定标。首先，根据仿真确定满足条件的相对定标时间段；其次，星上轨道预报数据确定卫星相对月球的速度，结合卫星指向月球的本体Z轴矢量，通过双矢量定姿确定卫星对月相对定标的起始姿态角；再来，根据对月成像参数的分析，确定对月相对定标过程中的姿态控制角速度，消除对月绝对定标过程中的遥感器像移问题；最后，由姿态四元素运动方程确定对月相对定标过程的姿态角，仿真设计卫星姿态轨迹规划路径。本发明的设计方法能够应用在卫星对月相对定标。
【IPC分类】G05D1/08
【公开号】CN105446346
【申请号】CN201510837596
【发明人】黄群东, 于灵慧, 谭田, 高涵
【申请人】航天东方红卫星有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月26日