低軌衛(wèi)星姿態(tài)仿真方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于攝影測量與計算機(jī)仿真領(lǐng)域，特別涉及低軌衛(wèi)星的姿態(tài)仿真方法。本發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)不足，提出了一種全新的低軌衛(wèi)星姿態(tài)仿真方法，填補(bǔ)了國內(nèi)在這方面的空白，為低軌衛(wèi)星的預(yù)研工作提供了分析的依據(jù)。本發(fā)明的技術(shù)方案是：對低軌衛(wèi)星姿態(tài)過程進(jìn)行分析，分析其標(biāo)稱狀態(tài)下的因素以及影響其測量精度的誤差因素，然后通過對這些因素進(jìn)行建模，在計算機(jī)上對低軌衛(wèi)星的姿態(tài)過程進(jìn)行仿真。
【專利說明】低軌衛(wèi)星姿態(tài)仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于攝影測量與計算機(jī)仿真領(lǐng)域，特別涉及低軌衛(wèi)星的姿態(tài)仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在40-50年代，由于計算機(jī)技術(shù)的限制，只有依靠物理仿真，在美國亞利桑那大學(xué)光學(xué)中心建立了世界上第一個航空航天遙感物理仿真系統(tǒng)。在地面實驗室里利用人造光源提供各種輻亮度和各個光譜譜段的照明條件，布置了不同背景下的各種大小尺寸靶標(biāo)和軍用目標(biāo)模型(包括飛機(jī)、坦克、火炮等)，可以模擬衛(wèi)星在軌飛行情況下的環(huán)境條件以及目標(biāo)的運動等，采用可控制位置和運動模式的相機(jī)對目標(biāo)按照預(yù)定的程序進(jìn)行照相，以驗證衛(wèi)星的設(shè)計參數(shù)和成像質(zhì)量。
[0003]在60年代，美國發(fā)射了多顆地球環(huán)境探測衛(wèi)星，獲得了大量地表、大氣和地球環(huán)境的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)為仿真實驗室提供了接近真實的模型。從60年代到90年代，美國多次發(fā)射地球地理環(huán)境探測、校驗和測繪衛(wèi)星，用于監(jiān)視和補(bǔ)充數(shù)據(jù)資料，修正數(shù)學(xué)模型。
[0004]80年代末期，ES公司首先在美國GE公司13個部門中的八個部門中應(yīng)用了該公司的集成設(shè)計軟件 iSIGHT。1995 年，美國 NASA 資助的 LaRC(Landley Research Center)公布了 PATCOD集成設(shè)計軟件平臺。美國NASA所屬JPL實驗室的飛行系統(tǒng)測試平臺(FlightSystem Tested, FST)、Langley 研究中心的 SPASIM(Spacecrfat Simulation)、俄羅斯能源科學(xué)生產(chǎn)聯(lián)合體(NPO Energiya)的綜合仿真測試平臺(KMC)以及德國VEGA信息技術(shù)公司開發(fā)的仿真衛(wèi)星(Simulating Spacecraft)等是九十年代衛(wèi)星仿真技術(shù)發(fā)展的綜合反映。這些軟件用于航天衛(wèi)星(重點是對衛(wèi)星平臺等大系統(tǒng))的設(shè)計和仿真。
[0005]目前國外計算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)展很快，可以比較逼真地仿真出成像鏈路的特性，取得了一定成果，但是還是不能代替物理仿真。且在查到的仿真軟件文獻(xiàn)中，多數(shù)是應(yīng)用成果介紹，很少見到詳細(xì)的軟件內(nèi)容。因此發(fā)展國內(nèi)的全鏈路仿真算法和系統(tǒng)來指導(dǎo)衛(wèi)星的預(yù)研工作、從而減少物理仿真的成本是很有必要的，本發(fā)明就是涉及全鏈路仿真系統(tǒng)中比較重要的姿態(tài)仿真部分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)不足，提出了一種全新的低軌衛(wèi)星姿態(tài)仿真方法，填補(bǔ)了國內(nèi)在這方面的空白，為低軌衛(wèi)星的預(yù)研工作提供了分析的依據(jù)。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:對低軌衛(wèi)星姿態(tài)過程進(jìn)行分析，分析其標(biāo)稱狀態(tài)下的因素以及影響其測量精度的誤差因素，然后通過對這些因素進(jìn)行建模，在計算機(jī)上對低軌衛(wèi)星的姿態(tài)過程進(jìn)行仿真。
[0008]本發(fā)明提供了一種低軌衛(wèi)星標(biāo)稱姿態(tài)仿真方法，其特征在于，所述方法具體包括以下步驟:
[0009]步驟1.1，計算三軸歐拉角速度，具體的，根據(jù)三軸姿態(tài)穩(wěn)定度的設(shè)計指標(biāo)，按照模擬高斯白噪聲的模式模擬一組符合三軸穩(wěn)定度指標(biāo)的三軸歐拉姿態(tài)角速度；[0010]步驟1.2，計算三軸歐拉角，具體的，根據(jù)三軸歐拉姿態(tài)角速度和假定景中心時刻的三軸歐拉角，根據(jù)如下公式的積分獲得三軸歐拉姿態(tài)角:
[0011]
【權(quán)利要求】
1.一種低軌衛(wèi)星標(biāo)稱姿態(tài)仿真方法，其特征在于，所述方法具體包括以下步驟: 步驟1.1，計算三軸歐拉角速度，具體的，根據(jù)三軸姿態(tài)穩(wěn)定度的設(shè)計指標(biāo)，按照模擬高斯白噪聲的模式模擬一組符合三軸穩(wěn)定度指標(biāo)的三軸歐拉姿態(tài)角速度； 步驟1.2，計算三軸歐拉角，具體的，根據(jù)三軸歐拉姿態(tài)角速度和假定景中心時刻的三軸歐拉角，根據(jù)如下公式的積分獲得三軸歐拉姿態(tài)角:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低軌衛(wèi)星標(biāo)稱姿態(tài)仿真方法，其特征在于，在所述步驟1.5中，所述顫振模型是許多個波函數(shù)的疊加，如下公式所示:
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低軌衛(wèi)星標(biāo)稱姿態(tài)仿真方法，其特征在于，在所述步驟1.5中，在添加顫振的時候?qū)⑸鲜鰷y姿坐標(biāo)系相對于J2000的旋轉(zhuǎn)矩陣按照轉(zhuǎn)序要求變化為三軸歐拉角，在三軸歐拉角上添加顫振，然后再將添加了顫振的三軸歐拉角轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)矩陣。
4.一種星敏定姿低軌衛(wèi)星誤差姿態(tài)生成方法，其特征在于，所述方法具體包括以下步驟: 步驟2.1，計算三軸歐拉角速度；根據(jù)三軸姿態(tài)穩(wěn)定度的設(shè)計指標(biāo)，按照模擬高斯白噪聲的模式模擬一組符合三軸穩(wěn)定度指標(biāo)的三軸歐拉姿態(tài)角速度； 步驟2.2，計算三軸歐拉角；根據(jù)三軸歐拉姿態(tài)角速度和假定景中心時刻的三軸歐拉角，根據(jù)如下公式的積分獲得三軸歐拉姿態(tài)角:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的星敏定姿低軌衛(wèi)星誤差姿態(tài)生成方法，其特征在于，在所述步驟2.5中，所述顫振模型是許多個波函數(shù)的疊加，如下公式所示:
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的提供低軌衛(wèi)星標(biāo)稱姿態(tài)仿真方法，其特征在于，在所述步驟2.5,2.6和2.7中，在添加顫振的時候?qū)⑸鲜鰷y姿坐標(biāo)系相對于J2000的旋轉(zhuǎn)矩陣按照轉(zhuǎn)序要求變化為三軸歐拉角，在三軸歐拉角上添加顫振，然后再將添加了顫振的三軸歐拉角轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)矩陣。
7.一種陀螺定姿或者陀螺星敏聯(lián)合定姿的低軌衛(wèi)星誤差姿態(tài)生成方法，所述方法具體包括以下步驟:: 步驟3.1，計算三軸歐拉角速度；根據(jù)三軸姿態(tài)穩(wěn)定度的設(shè)計指標(biāo)，按照模擬高斯白噪聲的模式模擬一組符合三軸穩(wěn)定度指標(biāo)的三軸歐拉姿態(tài)角速度； 步驟3.2，計算三軸歐拉角；根據(jù)三軸歐拉姿態(tài)角速度和假定景中心時刻的三軸歐拉角，根據(jù)如下公式的積分獲得三軸歐拉姿態(tài)角:
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的陀螺定姿或者陀螺星敏聯(lián)合定姿的低軌衛(wèi)星誤差姿態(tài)生成方法，其特征在于，在所述步驟3.5中，所述顫振模型是許多個波函數(shù)的疊加，如下公式所示:
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的提供低軌衛(wèi)星標(biāo)稱姿態(tài)仿真方法，其特征在于，在所述步驟3.5和3.12中，在添加顫振的時候?qū)⑸鲜鰷y姿坐標(biāo)系相對于J2000的旋轉(zhuǎn)矩陣按照轉(zhuǎn)序要求變化為三軸歐拉角，在三軸歐拉角上添加顫振，然后再將添加了顫振的三軸歐拉角轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)矩陣。
【文檔編號】G05B17/02GK103941593SQ201410134688
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】唐新明, 張過, 黃文超, 方辰, 高小明, 岳慶興 申請人:國家測繪地理信息局衛(wèi)星測繪應(yīng)用中心