CN112686509B - 基于敏捷光学遥感卫星的空间目标引导成像任务规划方法 - Google Patents

基于敏捷光学遥感卫星的空间目标引导成像任务规划方法 Download PDF

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CN112686509B CN202011517390.1A CN202011517390A CN112686509B CN 112686509 B CN112686509 B CN 112686509B CN 202011517390 A CN202011517390 A CN 202011517390A CN 112686509 B CN112686509 B CN 112686509B
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Abstract

基于敏捷光学遥感卫星的空间目标引导成像任务规划方法属于空间遥感成像技术领域，目的在于解决现有技术中存在的问题。本发明以300s时长为间隔将规划时段划分为多个独立的窗口，计算未来的任务规划时段内遥感卫星与空间目标的相对运动速度矢量和相对位置矢量；解算获得全部可见窗口；并选取空间目标与遥感卫星相对距离最小的窗口；计算拍摄任务所需的曝光时长t0；确定成像模式；确定遥感卫星成像时的姿态指向；最后输出遥感卫星成像的最终成像时刻、曝光时长、成像模式以及姿态指向。本发明的利用对地遥感卫星的敏捷特性，通过合理的任务规划，可以简单、高效的实现空间目标拍摄，使对地遥感卫星同样具备天基监测能力。

Description

基于敏捷光学遥感卫星的空间目标引导成像任务规划方法
技术领域
本发明属于空间遥感成像技术领域，具体涉及一种基于敏捷光学遥感卫星的空间目标引导成像任务规划方法。
背景技术
随着航天技术的发展和经济社会对航天资源与日俱增的依赖，人造空间目标的数量逐年递增。空间目标具有运动速度快、运动范围广、轨迹不确定、目标特性较弱的特点，如何利用光学成像技术实现空间目标的监视与测量在军事方面和民用方面都具有重要的意义和研究价值。
当前我国空间目标监视装备多数以地基光电经纬仪为主。受限于领土范围，地基监测手段难以形成常态化的全球域监测机制，观测效率较低。此外，地基设备受到大气湍流、气候等因素的干扰，降低了观测数据的质量。天基监测手段具有监测范围广、布置区域不受领土限制、工作时效不受天气影响等特点，是当前国际上空间目标监测技术发展的主要方向。
天基观测装备研发成本高、制造难度大，组网需耗费较多的财力和人力，难以满足日益增长的空间目标监测需求。当前，许多姿态敏捷的对地光学遥感卫星通过精密的任务规划同样具备空间目标成像能力，并可实现空间目标定轨、识别和光度测量等高级应用。研究对地遥感卫星的空间目标引导成像任务规划，一方面可以拓展遥感卫星的应用范围，另一方面可以填补当前天基观测能力短板，因此，研究对地遥感卫星的空间目标引导成像任务规划方法具有重要的经济价值和社会效益。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于敏捷光学遥感卫星的空间目标引导成像任务规划方法，解决现有技术中存在的问题，实现基于交会运动特性的空间目标天基光学成像。
为实现上述目的，本发明的基于敏捷光学遥感卫星的空间目标引导成像任务规划方法包括以下步骤：
步骤一：预先已知拍摄空间目标的轨道数据，以300s时长为间隔将规划时段划分为多个独立的窗口，每一个独立窗口的中间时刻为Ti(i＝1、2、3、4……)，递推计算未来的任务规划时段内遥感卫星与空间目标的相对运动速度矢量和相对位置矢量；
步骤二：通过解算空间目标、遥感卫星、地球、月亮和太阳之间的几何关系在多重约束条件下的可见性，获得全部可见窗口；
步骤三：在步骤二中获得的全部可见窗口中选取空间目标与遥感卫星相对距离最小的窗口；
步骤四：根据遥感卫星的相机参数计算拍摄任务所需的曝光时长t0；
步骤五：根据步骤四获得的曝光时长t0和像元驻留时间tre确定成像模式；
若t0≤tre，则选择空间稳定成像模式；
若t0＞tre，则选择空间跟踪成像模式，并判断遥感卫星期望姿态角速度是否大于遥感卫星最大姿态机动能力，若否，则确认步骤三中所选窗口为最终成像时刻；若是，则在步骤二确定的全部可见窗口中剔除当次最小窗口，重新执行步骤三；
步骤六：根据步骤五确定的最终成像时刻、步骤四中获得的曝光时长、步骤五中获得的成像模式确定遥感卫星成像时的姿态指向；
步骤七：输出遥感卫星成像的最终成像时刻、曝光时长、成像模式以及姿态指向。
步骤一中所述的遥感卫星与空间目标的相对运动速度矢量和相对位置矢量具体推算过程为：
以地球中心为参考，Ti时刻遥感卫星位置为Ro(Ti)，Ti时刻遥感卫星速度为Vo(Ti)；空间目标位置为Rp(Ti)，空间目标速度为Vp(Ti)；太阳位置为Rs(Ti)，月亮位置为Rm(Ti)；
遥感卫星指向空间目标向量作为遥感卫星与空间目标的相对位置矢量，具体为：
Rop(Ti)＝Ro(Ti)-Rp(Ti)
遥感卫星与拍摄目标之间的距离为|Rop(Ti)|；
拍摄目标相对遥感卫星的线速度作为遥感卫星与空间目标的相对速度矢量，具体为：
Vop(Ti)＝Vo(Ti)-Vp(Ti)
空间目标相对于遥感卫星速度切向分量Vtd(Ti)，即垂直于Rop(Ti)的分量，为：
Vtd(Ti)＝Vop(Ti)-[Rop(Ti)×Vop(Ti)/|Rop(Ti)|]×[Rop(Ti)/|Rop(Ti)|]
空间目标在遥感卫星视场中相对遥感卫星的角速度为：
Figure GDA0003649656030000031
步骤二中的多重约束条件具体是：捕获概率条件约束、地影规避条件约束、太阳光规避约束、地气光规避约束以及月光规避约束；
所述全部可见窗口为每个约束条件下的可见窗口的交集。
所述捕获概率条件约束为：
遥感卫星姿态指向误差服从
Figure GDA0003649656030000032
的高斯分布，σo为卫星的姿态稳定度，则相机的光轴指向误差服从
Figure GDA0003649656030000033
的高斯分布；目标的位置误差服从
Figure GDA0003649656030000034
的高斯分布，σp由目标的轨道预报精度决定；因此，卫星光轴指向与目标的实际偏差服从
Figure GDA0003649656030000035
的分布；
空间目标捕获概率P0由遥感卫星光轴指向与空间目标的实际偏差、遥感卫星与空间目标的距离以及遥感卫星的视场共同决定，即：
Figure GDA0003649656030000036
其中：FOV为相机视场大小；
|Rop(Ti)|为Ti时刻遥感卫星与空间目标的相对位置矢量；
要求目标捕获概率P0≥90％，则满足捕获概率要求的窗口Tj1为：
Tj1＝{Rop(Ti)|P0≥90％}(Tj1∈Ti)。
所述地影规避条件约束为：
遥感卫星成像需保证空间目标被太阳光照射到，因此，空间目标需在地球阴影区外，满足该条件的窗口Tj2为：
Figure GDA0003649656030000041
其中，Re为地球半径；
Rs(Ti)为Ti时刻太阳相对地心的相对位置矢量；
|Rs(Ti)|为Ti时刻太阳相对地心的距离；
Ro(Ti)为Ti时刻太阳相对地心的相对位置矢量；
|Ro(Ti)|为Ti时刻太阳相对地心的距离。
所述太阳光规避约束为：
空间目标与太阳中心之间的位置矢量Rsp(Ti)为：
Rsp(Ti)＝Rs(Ti)-Rp(Ti)
其中：Rs(Ti)为Ti时刻太阳相对地心的相对位置矢量；
Rp(Ti)为Ti时刻空间目标(2)相对地心的相对位置矢量；
太阳光照方向与空间目标观测方向的夹角需大于遥感卫星相机的规避角θ0，满足该条件的窗口Tj3为：
Figure GDA0003649656030000042
其中：Ro(Ti)为Ti时刻遥感卫星相对地心的相对位置矢量；
Rsp(Ti)为Ti时刻太阳相对空间目标相对位置矢量；
|Rsp(Ti)|为Ti时刻太阳与空间目标之间的距离；
Rop(Ti)为Ti时刻遥感卫星相对空间目标相对位置矢量；
|Rop(Ti)|为Ti时刻遥感卫星与空间目标之间的距离。
所述地气光规避约束为：
地球边缘方向与观测方向的夹角需大于遥感卫星的规避角θ0/2，满足地气光规避的窗口Tj4为：
Figure GDA0003649656030000051
其中：Ro(Ti)为Ti时刻遥感卫星相对地心的相对位置矢量；
Rp(Ti)为Ti时刻空间目标相对地心的相对位置矢量；
|Rp(Ti)|为Ti时刻空间目标相对地心的距离；
Rop(Ti)为Ti时刻遥感卫星相对空间目标相对位置矢量；
|Rop(Ti)|为Ti时刻遥感卫星与空间目标之间的距离。
所述月光规避约束为：
空间目标与月球中心之间的位置矢量Rmp(Ti)为：
Rmp(Ti)＝Rm(Ti)-Rp(Ti)
空间目标2与月球中心之间的距离为|Rmp(Ti)|；
满足月光规避的窗口Tj5为：
Figure GDA0003649656030000052
其中：Ro(Ti)为Ti时刻遥感卫星相对地心的相对位置矢量；
Rp(Ti)为Ti时刻空间目标相对地心的相对位置矢量；
Rop(Ti)为Ti时刻遥感卫星相对空间目标相对位置矢量；
|Rop(Ti)|为Ti时刻遥感卫星与空间目标之间的距离；
Rm(Ti)为Ti时刻以地球中心为参考月亮位置。
步骤四所述的曝光时长t0计算过程为：
(1)计算目标入瞳照度：
Figure GDA0003649656030000061
其中：mobj是目标的视星等；
msun是太阳在大气层外的视星等；
φ是目标直径，对于未知的卫星航天器类目标φ取2m，对于碎片类未知目标φ取0.2m；
ρ是目标表面反射率，对于未知目标ρ取0.1，Ψ是目标观测相位角，即空间目标与太阳相对位置矢量Rsp和遥感卫星与太阳相对位置矢量Rop之间的夹角；
R为遥感卫星与拍摄目标之间的距离为|Rop(Ti)|；
Figure GDA0003649656030000062
Eobj是目标在入瞳处的照度，E0是太阳在大气层外的照度；
(2)计算目标信号电子数Ns：
Figure GDA0003649656030000063
其中：Ns为空间目标在焦面上产生的电子数；
D为相机通光口径；
t0为曝光时间；
τ0为光学系统透过率；
τ1为光学系统遮拦比；
ηq为探测器量子效率；
d为焦面像元尺寸；
f为相机焦距；
h为普朗克常数；
c为光速；
使Ns＝0.6NFULL，计算获得曝光时间t0，其中，NFULL为相机焦面满阱电子数。
步骤五所述的像元驻留时间为：
Figure GDA0003649656030000071
其中：ωop(Ti)为空间目标在遥感卫星视场中相对遥感卫星的角速度；
d为焦面像元尺寸；
f为相机焦距；
步骤六中所述的卫星姿态指向DCM(Ti)为：
Figure GDA0003649656030000072
其中：|Rop(Ti)|为Ti时刻遥感卫星与空间目标之间的距离；
Rop(Ti)为Ti时刻遥感卫星与空间目标的相对位置矢量；
Vtd(Ti)为Ti时刻空间目标相对于遥感卫星速度切向分量，即垂直于Rop(Ti)的分量。
本发明的有益效果为：本发明的基于敏捷光学遥感卫星的空间目标引导成像任务规划方法从工程实施需求出发，根据对地遥感卫星的技术参数和特点进行针对性的任务规划，实现精准、高效、优质的天基空间观测。根据曝光时长与像元驻留时长的关系选取拍摄模式，最终根据成像几何关系计算姿态指向，输出成像时刻、曝光参数、姿态参数以及成像模式，完成任务规划。本发明的利用对地遥感卫星的敏捷特性，通过合理的任务规划，可以简单、高效的实现空间目标拍摄，使对地遥感卫星同样具备天基监测能力，拓展了遥感卫星的使用功能和业务领域。
附图说明
图1为本发明所述引导成像任务规划方法的流程图；
图2为遥感卫星、拍摄目标、地球、月球和太阳之间的几何关系示意图；
图3为卫星光轴指向与目标的实际偏差示意图；
图4为地球阴影区示意图；
图5为空间稳定成像模式示意图；
图6为空间跟踪成像模式示意图；
其中：1、遥感卫星，2、空间目标，3、太阳，4、月亮，5、地球。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
参见附图1，本发明的基于敏捷光学遥感卫星的空间目标引导成像任务规划方法包括以下步骤：
步骤一：预先已知拍摄空间目标2的轨道数据，以300s时长为间隔将规划时段划分为多个独立的窗口，每一个独立窗口的中间时刻为Ti＝1、2、3、4……，递推计算未来的任务规划时段内遥感卫星1与空间目标2的相对运动速度矢量和相对位置矢量；
步骤二：通过解算空间目标2、遥感卫星1、地球5、月亮4和太阳3之间的几何关系在多重约束条件下的可见性，获得全部可见窗口；
步骤三：在步骤二中获得的全部可见窗口中选取空间目标2与遥感卫星1相对距离最小的窗口；
步骤四：根据遥感卫星1的相机参数计算拍摄任务所需的曝光时长t0；
步骤五：根据步骤四获得的曝光时长t0和像元驻留时间tre确定成像模式；
若t0≤tre，则选择空间稳定成像模式；
若t0＞tre，则选择空间跟踪成像模式，并判断遥感卫星1期望姿态角速度是否大于遥感卫星1最大姿态机动能力，若否，则确认步骤三中所选窗口为最终成像时刻；若是，则在步骤二确定的全部可见窗口中剔除当次最小窗口，重新执行步骤三；
步骤六：根据步骤五确定的最终成像时刻、步骤四中获得的曝光时长、步骤五中获得的成像模式确定遥感卫星1成像时的姿态指向；
步骤七：输出遥感卫星1成像的最终成像时刻、曝光时长、成像模式以及姿态指向。
所述敏捷光学遥感卫星1为具备全方位姿态调节能力的光学成像卫星。
步骤一中所述的遥感卫星1与空间目标2的相对运动速度矢量和相对位置矢量具体推算过程为：
参见附图2，以地球5中心为参考，Ti时刻遥感卫星1位置为Ro(Ti)，Ti时刻遥感卫星1速度为Vo(Ti)；空间目标2位置为Rp(Ti)，空间目标2速度为Vp(Ti)；太阳3位置为Rs(Ti)，月亮4位置为Rm(Ti)；
遥感卫星1指向空间目标2向量作为遥感卫星1与空间目标2的相对位置矢量，具体为：
Rop(Ti)＝Ro(Ti)-Rp(Ti)
遥感卫星1与拍摄目标之间的距离为|Rop(Ti)|；
空间目标2相对遥感卫星1的线速度作为遥感卫星1与空间目标2的相对速度矢量，具体为：
Vop(Ti)＝Vo(Ti)-Vp(Ti)
空间目标2相对于遥感卫星1速度切向分量垂直于Rop(Ti)的分量为：
Vtd(Ti)＝Vop(Ti)-[Rop(Ti)×Vop(Ti)/|Rop(Ti)|]×[Rop(Ti)/|Rop(Ti)|]
空间目标2在遥感卫星1视场中相对遥感卫星1的角速度为：
Figure GDA0003649656030000091
步骤二中的多重约束条件具体是：捕获概率条件约束、地影规避条件约束、太阳3光规避约束、地气光规避约束以及月光规避约束；
所述全部可见窗口为每个约束条件下的可见窗口的交集。
目标可见性评估是通过解算拍摄目标、遥感卫星1、地球5、月亮4和太阳3之间的几何关系是否满足成像多重约束条件来进行判断，具体方法如下：
所述捕获概率条件约束为：
拍摄过程中通过姿态调整将光轴指向目标预判位置，参见附图3，遥感卫星1姿态指向误差服从
Figure GDA0003649656030000092
的高斯分布，σo为卫星的姿态稳定度，则遥感卫星1的光轴指向误差服从
Figure GDA0003649656030000101
的高斯分布，空间目标2的位置误差服从N0，
Figure GDA0003649656030000102
的高斯分布，σp由空间目标2的轨道预报精度决定，因此，卫星光轴指向与目标的实际偏差服从
Figure GDA0003649656030000103
的分布；空间目标2捕获概率P0由遥感卫星1光轴指向与空间目标2的实际偏差、遥感卫星1与空间目标2的距离以及遥感卫星1的视场共同决定，即：
Figure GDA0003649656030000104
其中：FOV为相机视场大小；
|Rop(Ti)|为Ti时刻遥感卫星与空间目标的相对位置矢量；
要求目标捕获概率P0≥90％，则满足捕获概率要求的窗口Tj1为：
Tj1＝{Rop(Ti)|P0≥90％}(Tj1∈Ti)。
所述地影规避条件约束为：
参见附图4，遥感卫星1成像需保证空间目标2被太阳3光照射到，因此，空间目标2需在地球5阴影区外，满足该条件的窗口Tj2为：
Figure GDA0003649656030000105
其中，Re为地球5半径；
Rs(Ti)为Ti时刻太阳3相对地心的相对位置矢量；
|Rs(Ti)|为Ti时刻太阳3相对地心的距离；
Ro(Ti)为Ti时刻太阳1相对地心的相对位置矢量；
|Ro(Ti)|为Ti时刻太阳1相对地心的距离。
所述太阳3光规避约束为：
空间目标2与太阳3中心之间的位置矢量Rsp(Ti)为：
Rsp(Ti)＝Rs(Ti)-Rp(Ti)
其中：Rs(Ti)为Ti时刻太阳3相对地心的相对位置矢量；
Rp(Ti)为Ti时刻空间目标2相对地心的相对位置矢量；
为避免太阳3杂光对成像任务的干扰，空间目标2不能在太阳3的视圆面上及其附近区域，太阳3光照方向与空间目标2观测方向的夹角需大于遥感卫星1相机的规避角θ0，满足该条件的窗口Tj3为：
Figure GDA0003649656030000111
其中：Ro(Ti)为Ti时刻遥感卫星1相对地心的相对位置矢量；
Rp(Ti)为Ti时刻空间目标2相对地心的相对位置矢量；
Rsp(Ti)为Ti时刻太阳3相对空间目标2相对位置矢量；
|Rsp(Ti)|为Ti时刻太阳3与空间目标2之间的距离；
Rop(Ti)为Ti时刻遥感卫星1相对空间目标2相对位置矢量；
|Rop(Ti)|为Ti时刻遥感卫星1与空间目标2之间的距离。
所述地气光规避约束为：
为避免地球5大气层形成的杂光干扰，地球5边缘方向与观测方向的夹角需大于遥感卫星1的规避角θ0/2，满足地气光规避的窗口Tj4为：
Figure GDA0003649656030000112
其中：Ro(Ti)为Ti时刻遥感卫星1相对地心的相对位置矢量；
Rp(Ti)为Ti时刻空间目标2相对地心的相对位置矢量；
|Rp(Ti)|为Ti时刻空间目标2相对地心的距离；
Rop(Ti)为Ti时刻遥感卫星1相对空间目标2相对位置矢量；
|Rop(Ti)|为Ti时刻遥感卫星1与空间目标2之间的距离。
所述月光规避约束为：
空间目标2与月球中心之间的位置矢量Rmp(Ti)为：
Rmp(Ti)＝Rm(Ti)-Rp(Ti)
空间目标2与月球中心之间的距离为|Rmp(Ti)|；
为避免月球的杂光干扰，空间目标2需与月球视圆面保持一定夹角，满足月光规避的窗口Tj5为：
Figure GDA0003649656030000121
其中：Ro(Ti)为Ti时刻遥感卫星1相对地心的相对位置矢量；
Rp(Ti)为Ti时刻空间目标2相对地心的相对位置矢量；
Rop(Ti)为Ti时刻遥感卫星1相对空间目标2相对位置矢量；
|Rop(Ti)|为Ti时刻遥感卫星1与空间目标2之间的距离。
成像窗口优选，满足全部可见性约束条件的窗口为有效窗口，有效窗口记为Teff，即：
Teff＝Tj1∩Tj2∩Tj3∩Tj4∩Tj5
天基成像过程中，拍摄目标的距离越近，获取的图像分辨率越高，成像效果越好。因此，以拍摄目标与遥感卫星1之间的距离对有效窗口进行排序并作为窗口优选的依据。
为了保证成像质量，空间目标2需在相机焦面上产生较多的电子数，且不能饱和，即目标产生的电子数小于满阱电子数，设置曝光时间使目标产生的电子数等于0.6倍的相机满阱电子数，具体设置方法如下：
1计算目标入瞳照度：
Figure GDA0003649656030000122
其中：mobj是目标的视星等；
msun是太阳3在大气层外的视星等；
φ是目标直径，对于未知的卫星航天器类目标φ取2m，对于碎片类未知目标φ取0.2m；
ρ是目标表面反射率，对于未知目标ρ取0.1，Ψ是目标观测相位角，即空间目标2与太阳3相对位置矢量Rsp和遥感卫星1与太阳3相对位置矢量Rop之间的夹角；
R为遥感卫星1与拍摄目标之间的距离为|Rop(Ti)|；
Figure GDA0003649656030000131
Eobj是目标在入瞳处的照度，E0是太阳3在大气层外的照度；
2计算目标信号电子数Ns：
Figure GDA0003649656030000132
其中：Ns为空间目标2在焦面上产生的电子数；
D为相机通光口径；
t0为曝光时间；
τ0为光学系统透过率；
τ1为光学系统遮拦比；
ηq为探测器量子效率；
d为焦面像元尺寸；
f为相机焦距；
h为普朗克常数；
c为光速；
t0使Ns＝0.6NFULL，计算获得曝光时间t0，其中，NFULL为相机焦面满阱电子数。
姿态参数评估与确定，首先确定曝光时间与像元驻留时间的关系，其中像元驻留时间为：
Figure GDA0003649656030000141
根据曝光时间与像元驻留之间的大小关系，分别采用两种成像模式。
(1)情况1：t0≤tre，遥感卫星1采用空间稳定成像模式，参见附图5，调整姿态对窗口时刻的目标位置定点凝视成像，利用目标本身的轨道运动实现目标捕获，完成拍摄任务。
(2)情况2：t0＞tre，遥感卫星1采用空间跟踪成像模式，相机光轴伴随目标运动而转动，实现对目标的动态跟踪监视，参见附图6，该成像模式条件下，遥感卫星1期望姿态角速度与目标相对运动角速度相同，即遥感卫星1姿态机动角速度＝ω(Ti)，若该角速度超过遥感卫星1最大姿态机动能力，则返回步骤S3，重新优选窗口。
确定成像窗口、曝光时间及成像模式后，即可确定卫星成像时的姿态指向，卫星姿态指向用余弦阵表示：
Figure GDA0003649656030000142
其中：|Rop(Ti)|为Ti时刻遥感卫星1与空间目标2之间的距离；
Rop(Ti)为Ti时刻遥感卫星1与空间目标2的相对位置矢量；
Vtd(Ti)为Ti时刻空间目标2相对于遥感卫星1速度切向分量，即垂直于Rop(Ti)的分量。
最后输出成像时刻Ti、曝光时长t0、卫星姿态指向DCM以及成像模式。

Claims (10)

1.基于敏捷光学遥感卫星的空间目标引导成像任务规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：预先已知拍摄空间目标(2)的轨道数据，以300s时长为间隔将规划时段划分为多个独立的窗口，每一个独立窗口的中间时刻为Ti，i＝1、2、3、4……，递推计算未来的任务规划时段内遥感卫星(1)与空间目标(2)的相对运动速度矢量和相对位置矢量；
步骤二：通过解算空间目标(2)、遥感卫星(1)、地球(5)、月亮(4)和太阳(3)之间的几何关系在多重约束条件下的可见性，获得全部可见窗口；
步骤三：在步骤二中获得的全部可见窗口中选取空间目标(2)与遥感卫星(1)相对距离最小的窗口；
步骤四：根据遥感卫星(1)的相机参数计算拍摄任务所需的曝光时长t0；
步骤五：根据步骤四获得的曝光时长t0和像元驻留时间tre确定成像模式；
若t0≤tre，则选择空间稳定成像模式；
若t0＞tre，则选择空间跟踪成像模式，并判断遥感卫星(1)期望姿态角速度是否大于遥感卫星(1)最大姿态机动能力，若否，则确认步骤三中所选窗口为最终成像时刻；若是，则在步骤二确定的全部可见窗口中剔除当次最小窗口，重新执行步骤三；
步骤六：根据步骤五确定的最终成像时刻、步骤四中获得的曝光时长、步骤五中获得的成像模式确定遥感卫星(1)成像时的姿态指向；
步骤七：输出遥感卫星(1)成像的最终成像时刻、曝光时长、成像模式以及姿态指向。
2.根据权利要求1所述的基于敏捷光学遥感卫星的空间目标引导成像任务规划方法，其特征在于，步骤一中所述的遥感卫星(1)与空间目标(2)的相对运动速度矢量和相对位置矢量具体推算过程为：
以地球(5)中心为参考，Ti时刻遥感卫星(1)位置为Ro(Ti)，Ti时刻遥感卫星(1)速度为Vo(Ti)；空间目标(2)位置为Rp(Ti)，空间目标(2)速度为Vp(Ti)；
遥感卫星(1)指向空间目标(2)向量作为遥感卫星(1)与空间目标(2)的相对位置矢量，具体为：
Rop(Ti)＝Ro(Ti)-Rp(Ti)
遥感卫星(1)与空间目标(2)之间的距离为|Rop(Ti)|；
空间目标(2)相对遥感卫星(1)的线速度作为遥感卫星(1)与空间目标(2)的相对速度矢量，具体为：
Vop(Ti)＝Vo(Ti)-Vp(Ti)
空间目标(2)相对于遥感卫星(1)速度切向分量Vtd(Ti)，即垂直于Rop(Ti)的分量，为：
Vtd(Ti)＝Vop(Ti)-[Rop(Ti)×Vop(Ti)/|Rop(Ti)|]×[Rop(Ti)/|Rop(Ti)|]
空间目标(2)在遥感卫星(1)视场中相对遥感卫星(1)的角速度为：
Figure FDA0003649656020000021
3.根据权利要求1或2所述的基于敏捷光学遥感卫星的空间目标引导成像任务规划方法，其特征在于，步骤二中的多重约束条件具体是：捕获概率条件约束、地影规避条件约束、太阳(3)光规避约束、地气光规避约束以及月光规避约束；
所述全部可见窗口为每个约束条件下的可见窗口的交集。
4.根据权利要求3所述的基于敏捷光学遥感卫星的空间目标引导成像任务规划方法，其特征在于，所述捕获概率条件约束为：
遥感卫星(1)姿态指向误差服从
Figure FDA0003649656020000022
的高斯分布，σo为遥感卫星(1)的姿态稳定度，则相机的光轴指向误差服从
Figure FDA0003649656020000023
的高斯分布；空间目标(2)的位置误差服从
Figure FDA0003649656020000024
的高斯分布，σp由目标的轨道预报精度决定；因此，卫星光轴指向与目标的实际偏差服从ΔR～N(0，
Figure FDA0003649656020000025
的分布；
空间目标(2)捕获概率P0由遥感卫星(1)光轴指向与空间目标(2)的实际偏差、遥感卫星(1)与空间目标(2)的距离以及遥感卫星(1)的视场共同决定，即：
Figure FDA0003649656020000031
其中：FOV为相机视场大小；
Rop(Ti)为Ti时刻遥感卫星(1)与空间目标(2)的相对位置矢量；
要求目标捕获概率P0≥90％，则满足捕获概率要求的窗口Tj1为：
Tj1＝{Rop(Ti)|P0≥90％}，Tj1∈Ti。
5.根据权利要求3所述的基于敏捷光学遥感卫星的空间目标引导成像任务规划方法，其特征在于，所述地影规避条件约束为：
遥感卫星(1)成像需保证空间目标(2)被太阳(3)光照射到，因此，空间目标(2)需在地球(5)阴影区外，满足该条件的窗口Tj2为：
Figure FDA0003649656020000032
其中，Re为地球(5)半径；
Rs(Ti)为Ti时刻太阳(3)相对地心的相对位置矢量；
|Rs(Ti)|为Ti时刻太阳(3)相对地心的距离；
Ro(Ti)为Ti时刻太阳(3)相对地心的相对位置矢量；
|Ro(Ti)|为Ti时刻太阳(3)相对地心的距离。
6.根据权利要求3所述的基于敏捷光学遥感卫星的空间目标引导成像任务规划方法，其特征在于，所述太阳(3)光规避约束为：
空间目标(2)与太阳(3)中心之间的位置矢量Rsp(Ti)为：
Rsp(Ti)＝Rs(Ti)-Rp(Ti)；
其中：Rs(Ti)为Ti时刻太阳(3)相对地心的相对位置矢量；
Rp(Ti)为Ti时刻空间目标(2)相对地心的相对位置矢量；
太阳(3)光照方向与空间目标(2)观测方向的夹角需大于遥感卫星(1)相机的规避角θ0，满足该条件的窗口Tj3为：
Figure FDA0003649656020000041
其中：Ro(Ti)为Ti时刻遥感卫星(1)相对地心的相对位置矢量；
Rsp(Ti)为Ti时刻太阳(3)相对空间目标(2)相对位置矢量；
|Rsp(Ti)|为Ti时刻太阳(3)与空间目标(2)之间的距离；
Rop(Ti)为Ti时刻遥感卫星(1)相对空间目标(2)相对位置矢量；
|Rop(Ti)|为Ti时刻遥感卫星(1)与空间目标(2)之间的距离。
7.根据权利要求3所述的基于敏捷光学遥感卫星的空间目标引导成像任务规划方法，其特征在于，所述地气光规避约束为：
地球(5)边缘方向与观测方向的夹角需大于遥感卫星(1)的规避角θ0/2，满足地气光规避的窗口Tj4为：
Figure FDA0003649656020000042
其中：Ro(Ti)为Ti时刻遥感卫星(1)相对地心的相对位置矢量；
Rp(Ti)为Ti时刻空间目标(2)相对地心的相对位置矢量；
|Rp(Ti)|为Ti时刻空间目标(2)相对地心的距离；
Rop(Ti)为Ti时刻遥感卫星(1)相对空间目标(2)相对位置矢量；
|Rop(Ti)|为Ti时刻遥感卫星(1)与空间目标(2)之间的距离。
8.根据权利要求3所述的基于敏捷光学遥感卫星的空间目标引导成像任务规划方法，其特征在于，所述月光规避约束为：
空间目标(2)与月球中心之间的位置矢量Rmp(Ti)为：
Rmp(Ti)＝Rm(Ti)-Rp(Ti)
空间目标(2)与月球中心之间的距离为|Rmp(Ti)|；
满足月光规避的窗口Tj5为：
Figure FDA0003649656020000051
其中：Ro(Ti)为Ti时刻遥感卫星(1)相对地心的相对位置矢量；
Rp(Ti)为Ti时刻空间目标(2)相对地心的相对位置矢量；
Rop(Ti)为Ti时刻遥感卫星(1)相对空间目标(2)相对位置矢量；
|Rop(Ti)|为Ti时刻遥感卫星(1)与空间目标(2)之间的距离；
Rm(Ti)为Ti时刻以地球中心为参考月亮位置。
9.根据权利要求1所述的基于敏捷光学遥感卫星的空间目标引导成像任务规划方法，其特征在于，步骤四所述的曝光时长t0计算过程为：
(1)计算目标入瞳照度：
Figure FDA0003649656020000052
其中：mobj是目标的视星等；
msun是太阳(3)在大气层外的视星等；
φ是目标直径，对于未知的卫星航天器类目标φ取2m，对于碎片类未知目标φ取0.2m；
ρ是目标表面反射率，对于未知目标ρ取0.1，Ψ是目标观测相位角，即空间目标(2)与太阳(3)相对位置矢量Rsp和遥感卫星(1)与太阳(3)相对位置矢量Rop之间的夹角；
R为遥感卫星(1)与空间目标(2)之间的距离为|Rop(Ti)|；
Figure FDA0003649656020000053
Eobj是目标在入瞳处的照度，E0是太阳(3)在大气层外的照度；
(2)计算目标信号电子数Ns：
Figure FDA0003649656020000061
其中：Ns为空间目标(2)在焦面上产生的电子数；
D为相机通光口径；
t0为曝光时间；
τ0为光学系统透过率；
τ1为光学系统遮拦比；
ηq为探测器量子效率；
d为焦面像元尺寸；
f为相机焦距；
h为普朗克常数；
c为光速；
使Ns＝0.6NFULL，计算获得曝光时间t0，其中，NFULL为相机焦面满阱电子数。
10.根据权利要求1所述的基于敏捷光学遥感卫星的空间目标引导成像任务规划方法，其特征在于，步骤五所述的像元驻留时间为：
Figure FDA0003649656020000062
其中：ωop(Ti)为空间目标(2)在遥感卫星(1)视场中相对遥感卫星(1)的角速度；
d为焦面像元尺寸；
f为相机焦距；
步骤六中所述的卫星姿态指向DCM(Ti)为：
Figure FDA0003649656020000063
其中：|Rop(Ti)|为Ti时刻遥感卫星(1)与空间目标(2)之间的距离；
Rop(Ti)为Ti时刻遥感卫星(1)与空间目标(2)的相对位置矢量；
Vtd(Ti)为Ti时刻空间目标(2)相对于遥感卫星(1)速度切向分量，即垂直于Rop(Ti)的分量。
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