本发明涉及卫星遥感，尤其涉及一种基于遥感卫星轨道根数的卫星位置姿态估计方法和装置。
背景技术：
1、当前卫星遥感系统要完成遥感、测绘领域的数据处理应用，在这些应用中，除需要成像数据外，还需要成像时刻卫星平台的位置与姿态信息。而这些信息需要通过星敏感器、陀螺仪等高精密仪器辅以gnss精密定轨技术进行测量获取。同时，卫星遥感系统下传的探测数据中包含星历元数据。星历元数据用以提供卫星轨道参数、精确时标、运行速度等参数。如何充分利用这些非仪器直接测量结果，通过转换计算得到卫星平台在指定第一惯性系或地心地固系下的位置与姿态结果，以减轻需靠精密位置、姿态测量仪器才能得到的直接观测数据压力，降低辅助搭载于卫星平台上的高精密位姿测量仪器工艺与技术难度，提高卫星遥感系统使用效能，是当前需要迫切解决的问题。
技术实现思路
1、针对如何利用卫星遥感系统下传的探测数据中包含星历元数据，获取卫星姿态信息，本发明公开了一种基于遥感卫星轨道根数的卫星位置姿态估计方法和装置。
2、本发明公开了一种基于遥感卫星轨道根数的卫星位置姿态估计方法，包括：
3、s1,获取遥感卫星发送的下行链路数据；
4、s2,对所述下行链路数据进行解析处理，得到卫星轨道的六根数信息；所述六根数信息，包括卫星轨道的半长轴a、卫星轨道的倾角i、卫星轨道的近地点辐角ω、卫星轨道的偏心率e、卫星轨道的真近点角v和卫星轨道的升交点赤经ω；
5、s3,利用卫星运动状态估计模型，对所述六根数信息进行计算处理，得到第一惯性坐标系下的卫星运动矢量信息；所述卫星运动状态估计模型，包括卫星运动参数估计模型和卫星运动参数转换模型；所述卫星运动矢量信息，包括卫星速度矢量信息和卫星位置矢量信息；所述第一惯性坐标系，是以地球重心为原点，其z轴指向北极，其x轴位于赤道平面并指向春分点，其y轴位于赤道平面且与x轴垂直；
6、s4,利用地固转换处理模型，对所述第一惯性坐标系下的卫星运动矢量信息进行处理，得到地心固定坐标系下卫星运动的位置信息、速度信息和姿态角度信息；所述地心固定坐标系，其原点在地球的重心且原点随地球公转而运动，其z轴指向北极且随地球自转而转动，其x轴是本初子午线所在平面与赤道平面的交线，x轴指向本初子午线所在方向且随地球自转而转动，其y轴位于赤道平面且与x轴垂直，y轴随地球自转而转动；
7、所述利用卫星运动状态估计模型，对所述六根数信息进行计算处理，得到第一惯性坐标系下的卫星运动矢量信息，包括：
8、利用卫星运动参数估计模型，对所述六根数信息进行计算处理，得到第一卫星轨道坐标系下的卫星运动矢量信息；所述第一卫星轨道坐标系，以卫星轨道的靠近近地点的焦点为原点，以所述靠近近地点的焦点指向近地点的连线为x轴，以卫星轨道平面为xoy平面，y轴位于xoy平面上且与x轴垂直，z轴指向卫星运行的角动量方向且与xoy平面垂直。
9、利用卫星运动参数转换模型，对所述第一卫星轨道坐标系下的卫星位置矢量信息进行计算处理，得到第一惯性坐标系下的卫星运动矢量信息；
10、所述卫星运动参数估计模型，其计算表达式为：
11、
12、
13、其中，(x1，y1，z1)表示第一卫星轨道坐标系下的卫星位置矢量信息，(vx1，vy1，vz1)表示第一卫星轨道坐标系下的卫星速度矢量信息，u为地心引力常数；
14、所述卫星运动参数转换模型，其表达式为：
15、
16、
17、其中，rot3(-ω)、rot1(-i)、rot3(-ω)分别为卫星运动参数转换模型的第一转换矩阵、第二转换矩阵和第三转换矩阵；(x2，y2，z2)表示第一惯性坐标系下的卫星位置矢量信息，(vx2，vy2，vz2)表示第一惯性坐标系下的卫星速度矢量信息；
18、所述利用地固转换处理模型，对所述第一惯性坐标系下的卫星运动矢量信息进行处理，得到地心固定坐标系下卫星运动的位置信息、速度信息和姿态角度信息，包括：
19、s41，利用地固位置转换处理模型，对所述第一惯性坐标系下的卫星运动矢量信息进行处理，得到地心固定坐标系下卫星运动的位置信息和速度信息；
20、s42，利用地固角度转换处理模型，对所述地心固定坐标系下卫星运动的位置信息和速度信息进行处理，得到地心固定坐标系下卫星运动的姿态角度信息。
21、所述利用地固位置转换处理模型，对所述第一惯性坐标系下的卫星运动矢量信息进行处理，得到地心固定坐标系下卫星运动的位置信息和速度信息，包括：
22、利用卫星夹角估计模型对当前时间信息进行处理，得到卫星夹角θ；所述卫星夹角θ，是卫星当前时间的星下点所在经线和过春分点的经线之间的夹角；
23、利用所述卫星夹角θ，构建得到地固卫星运动转换矩阵；所述地固卫星运动转换矩阵，其表达式为：
24、
25、利用所述地固卫星运动转换矩阵，对所述第一惯性坐标系下的卫星运动矢量信息进行计算处理，得到地心固定坐标系下卫星运动的位置信息和速度信息；所述计算处理的计算表达式为：
26、
27、
28、其中，(x3，y3，z3)表示地心固定坐标系下的卫星运动的位置信息，(vx3，vy3，vz3)表示地心固定坐标系下的卫星运动的速度信息。
29、所述卫星夹角估计模型，其计算表达式为：
30、θ＝θg(t)+λp，
31、θg(t)＝θg0(tu)+ωeδt，
32、
33、
34、tu＝du/36525，
35、其中，θg(t)为地心固定坐标系在当前时间t绕第一惯性坐标系的z轴旋转的角度，即当前时间t的地心固定坐标的z轴与第一惯性坐标系的z轴之间夹角，λp表示卫星的星下点的经度值，δt表示当前时间t对应的自儒略日以来所经过的协调世界时的时间长度，ωe表示地球的自转角速率，ωe＝7.29×10-5rad/sec，θg0(tu)表示tu对应的第一角度变量，tu表示归一化协调世界时天数，du是当前时间t对应的自儒略日以来所经过的协调世界时天数；
36、所述利用地固角度转换处理模型，对所述地心固定坐标系下卫星运动的位置信息和速度信息进行处理，得到地心固定坐标系下卫星运动的姿态角度信息，包括：
37、确定所述地心固定坐标系下卫星运动的位置信息为位置矢量xg，所述位置矢量xg的表达式为：
38、确定所述地心固定坐标系下卫星运动的速度信息为速度矢量vg，所述速度矢量vg的表达视为：
39、利用所述位置矢量xg和速度矢量vg，构建得到角度变换矩阵
40、所述角度变换矩阵的构建过程，包括：
41、
42、
43、
44、
45、其中，rk、rω分别为所述角度变换矩阵的第一列向量、第二列向量和第三列向量，所述角度变换矩阵为3行3列的矩阵；
46、利用所述角度变换矩阵计算得到地心固定坐标系下卫星运动的姿态角度ω、和k；ω表示卫星运动时围绕地心固定坐标系的x轴的旋转角；表示卫星运动时围绕地心固定坐标系的y轴的旋转角；k表示卫星运动时围绕地心固定坐标系的z轴的旋转角；所述姿态角度ω、和k，其计算公式分别为：
47、
48、
49、
50、其中，rqj表示角度变换矩阵的第q行、第j列的元素，q＝1、2、3，j＝1、2、3；所述地心固定坐标系下卫星运动的姿态角度ω、和k，构成地心固定坐标系下卫星运动的姿态角度信息。
51、本发明还公开了一种用于基于遥感卫星轨道根数的卫星位置姿态估计的装置，所述装置包括：
52、存储有可执行程序代码的存储器；
53、与所述存储器耦合的处理器；
54、所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行所述的基于遥感卫星轨道根数的卫星位置姿态估计方法。
55、本发明还公开了一种计算机可存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于执行所述的基于遥感卫星轨道根数的卫星位置姿态估计方法。
56、本发明的有益效果为：
57、本发明通对星历信息进行计算这一纯数据处理方式，获得了卫星运行的高精度运动参数信息，有望取代或降低星载遥感系统高精密位姿测量仪器技术要求，降低了平台载荷复杂性，提高了系统运行可靠度和系统应用效能，潜在经济效益和技术水平跃升明显。