CN108791955A - 静止遥感卫星相机太阳规避方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静止遥感卫星在轨工作期间相机自主规避太阳的方法，首先，根据相机的结构特点计算相机视线矢量；其次，根据卫星、地球和太阳的相对位置关系和卫星的姿态信息，计算地球和太阳在卫星本体坐标系下的位置；再次，选择合适的地球轮廓阈值和太阳规避阈值，根据相机视线矢量与地球、太阳位置关系判断是否需要太阳规避；最后，太阳规避判定成功后，触发太阳规避信号，执行太阳规避。本发明设计简单，可靠性高，响应速度快，对静止轨道遥感卫星相机工作期间的安全保护具有重要意义。

Description

静止遥感卫星相机太阳规避方法

技术领域

本发明涉及轨道运动学，具体地，涉及一种静止遥感卫星在轨期间相机自主太阳规避 的方法。

背景技术

由于地球静止轨道遥感卫星距离地球较远，地球不能很好的遮挡太阳光，某些特定时 刻，太阳光矢量和相机视轴方向的夹角比较小，如果不采取措施，太阳光可能射入相机视 场，严重影响遥感相机的正常工作，甚至会导致相机探测器损坏，造成重大在轨事故。因 此，有必要采取措施避免相机视场受太阳光照射。

经调研，目前常规的手段是安装相机遮光罩，但该方法仅能避免杂散光的影响，无法 解决相机被太阳照射的问题。

在彭洲、李振松、乔国栋、刘新彦发表的《地球静止轨道遥感卫星相机太阳规避设计》 一文中，提到一种改进的滚动轴机动太阳规避方法，通过卫星姿态机动避免相机受到阳光 的照射。但该方法只介绍了一种执行太阳规避的手段，并未涉及太阳规避时机的计算。

在石栋梁、肖琴等发表的《“高分四号”卫星相机杂散光分析与抑制技术研究》一文中，介绍了主遮光罩及挡光环、蜂窝结构的次镜遮光罩、中心消光筒及挡光环、杜瓦内多 级冷屏等杂光抑制方法。该方法对杂散光抑制具有较好的效果，但无法确保相机不被太阳 照射。

发明内容

本发明提供了一种静止遥感卫星在轨工作期间相机自主规避太阳的方法，可实时计算 太阳光矢量和相机视轴的角度关系，该方法设计简单，可靠性高，响应速度快，对静止遥 感卫星相机工作期间的安全保护具有重要意义。

为实现上述目的，本发明具体通过以下技术方案实现：

一种静止遥感卫星相机太阳规避方法，包括如下步骤：

S1、根据相机结构特点计算视线矢量。若相机为小视场探测器，则选择光轴中心为相 机的视线矢量；若相机为长线阵探测器，选择经过探测器两个端点的视线为相机视线矢量， 其中任意一个视线矢量满足太阳规避条件，即可判定需要太阳规避；若相机为大面阵探测 器，选择经过探测器四个顶点的视线为相机视线矢量，其中任意一个视线矢量满足太阳规 避条件，即可判定需要太阳规避。若相机为双镜扫描或单镜扫描，计算相机视线时还需考 虑扫描镜的光路反射。

S2、计算地球和太阳在卫星本体坐标系下的位置。首先，根据卫星的姿态信息计算地 球在卫星本体坐标系下的位置；然后，根据太阳的轨道信息计算地心指向太阳中心的矢量 在惯性参考系内的分量；最后，根据卫星的轨道信息求出地心指向太阳中心的矢量在卫星 本体坐标系下的分量，结合星地间的位置关系，得到太阳在卫星本体坐标系下的位置。

S3、根据相机视线矢量与地球、太阳的关系判断是否需要太阳规避。选定合适的地球 轮廓阈值和太阳规避阈值，若相机矢量指向地球轮廓之外，且与太阳光矢量的夹角小于太 阳规避阈值，则可判定需要太阳规避。

S4、太阳规避判定成功后，执行太阳规避。根据太阳在卫星本体坐标系内的位置，使 相机视线指向相反的方向，远离太阳光线。若相机为双镜扫描或单镜扫描，可通过转动扫 描镜角度改变相机视线的方向，实现相机自主规避；若相机无扫描镜，则需要卫星姿态机 动实现太阳规避。

本发明具有以下有益效果：

本发明设计简单，可靠性高，响应速度快，对静止轨道遥感卫星相机工作期间的安全 保护具有重要意义。

附图说明

图1为本发明实施例静止遥感卫星相机太阳规避方法的流程图；

图2为本发明实施例中根据相机探测器类型确定视线向量示意图；

图中：(a)小面阵；(b)长线阵；(c)大阵面。

图3为本发明实施例中确定地球轮廓阈值的示意图。

图4为本发明实施例中确定太阳规避阈值的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细 说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种静止遥感卫星相机太阳规避方法，包括如下步 骤：

S1.根据相机结构特点计算视线矢量

根据相机探测器类型选定视线向量；如图2所示，若相机为小视场探测器，则选择光 轴中心为相机的视线矢量；若相机为长线阵探测器，选择经过探测器两个端点的视线为相 机视线矢量，其中任意一个视线矢量满足太阳规避条件，即可判定需要太阳规避；若相机 为大面阵探测器，选择经过探测器四个顶点的视线为相机视线矢量，其中任意一个视线矢 量满足太阳规避条件，即可判定需要太阳规避。

若相机为双镜扫描或单镜扫描，计算相机视线时还需考虑扫描镜的光路反射。

S2.计算地球和太阳在卫星本体坐标系下的位置

首先，根据卫星的姿态信息计算地球在卫星本体坐标系下的位置。具体的，根据卫星 轨道坐标系的定义，可以得到卫星指向地球中心的矢量在卫星轨道坐标系下的分量R_{erath_sat_o}＝[001]'，根据卫星姿态信息，可以得到轨道参考系到卫星本体参考系的转换 矩阵A_{b_o}，则卫星指向地心的矢量在卫星本体参考系下的分量R_{erath_sat_b}可写为 R_{erath_sat_b}＝A_{b_o}·R_{erath_sat_o}

其次，根据太阳的轨道信息可以得到太阳轨道参考系到惯性参考系的转换矩阵A_{i_s}， 根据太阳轨道坐标系的定义，可以得到地球中心指向太阳中心的矢量在太阳轨道坐标系下 的分量R_{sun_erath_s}＝[00-1]'，则该矢量在惯性参考系下的分量R_{sun_erath_i}可写为R_{sun_erath_i}＝A_{i_s}·R_{sun_erath_s}

再次，根据卫星的轨道信息可以得到惯性系到卫星轨道系的转换矩阵A_{o_i}。则地球中 心指向太阳中心的矢量在卫星本体坐标系下的分量为

R_{sun_erath_b}＝A_{b_o}·A_{o_i}·R_{sun_erath_i}

最后，得到卫星指向太阳中心的矢量在卫星本体坐标系下的分量为

R_{sun_sat_b}＝R_{sun_erath_b}+R_{erath_sat_b}

S3.根据相机视线与地球、太阳的关系判断是否需要太阳规避

首先确定地球轮廓阈值和太阳规避阈值，如图3-图4所示。为了确保安全，设计地球 轮廓阈值略小于地球张角，而太阳规避阈值略大于太阳张角。

若相机视线矢量与卫星指向地心的矢量夹角大于地球轮廓阈值，且相机视线矢量与太 阳光线的夹角小于太阳规避阈值，说明太阳光线即将进入相机探测器视场，需要进行太阳 规避保护。

S4.太阳规避判定成功后，执行太阳规避

根据太阳在卫星本体坐标系内的位置，确定规避方向，使相机视线远离太阳光线。若 相机为双镜扫描或单镜扫描，可通过转动扫描镜角度改变相机视线的方向，实现相机自主 规避；若相机无扫描镜，则需要卫星姿态机动实现太阳规避。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特 定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响 本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种静止遥感卫星相机太阳规避方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、根据相机的结构特点计算相机视线矢量；

S2、根据卫星、地球和太阳的相对位置关系和卫星的姿态信息，计算地球和太阳在卫星本体坐标系下的位置；

S3、选择合适的地球轮廓阈值和太阳规避阈值，根据相机视线矢量与地球、太阳位置关系判断是否需要太阳规避；

S4、太阳规避判定成功后，触发太阳规避信号，执行太阳规避。

2.如权利要求1所述的静止遥感卫星相机太阳规避方法，其特征在于，所述步骤S1中若相机为小视场探测器，则选择光轴中心为相机的视线矢量；若相机为长线阵探测器，选择经过探测器两个端点的视线为相机视线矢量；若相机为大面阵探测器，选择经过探测器四个顶点的视线为相机视线矢量。若相机为双镜扫描或单镜扫描，计算相机视线时还需考虑扫描镜的光路反射。

3.如权利要求1所述的静止遥感卫星相机太阳规避方法，其特征在于，所述步骤S2中根据卫星的姿态信息确定卫星指向地球中心的矢量在卫星本体坐标系的分量；根据卫星、地球和太阳的相对位置关系，计算卫星指向太阳中心的矢量在卫星本体坐标系的分量。

4.如权利要求1所述的静止遥感卫星相机太阳规避方法，其特征在于，所述步骤S3中选择合适的地球轮廓阈值和太阳规避阈值，若相机视线指向地球轮廓外，且与太阳光矢量的夹角小于太阳规避角度阈值，则需要进行太阳规避。

5.如权利要求1所述的静止遥感卫星相机太阳规避方法，其特征在于，所述步骤S4中的执行太阳规避是指根据太阳在卫星本体坐标系内的位置，使相机视线指向相反的方向，远离太阳光线；若相机为双镜扫描或单镜扫描，可通过转动扫描镜角度改变相机视线的方向，实现相机自主规避；若相机无扫描镜，则需要卫星姿态机动实现太阳规避。