CN113739772A - 一种火点敏感器经纬度测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种火点敏感器经纬度测定方法,包括确定火点检测敏感器在卫星的安装矩阵和安装位置;获得敏感器输出火点在敏感器基准镜坐标系中的方位矢量和火点时刻;卫星计算机存储有卫星姿态数据,通过查表得到火点对应时间的卫星姿态信息;根据火点时刻计算该时刻的卫星轨道位置、卫星从J2000惯性坐标系到卫星轨道坐标系的转换矩阵、岁差章动矩阵以及格林尼治恒星时角;根据火点时刻的卫星轨道信息、卫星姿态信息、敏感器安装信息、敏感器输出的火点方位矢量信息,获得地心指向地面火点的位置矢量信息;根据地心指向地面火点的位置矢量,获得火点的地理经纬度信息。本发明的火点的经纬度测定方法,提高了敏感器的实用性和智能化、自主化水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种火点敏感器经纬度测定方法,属于卫星姿态控制技术领域。
背景技术
火点检测敏感器是一种新研敏感器,敏感器直接输出信息为火点在敏感器基准镜坐标系中的矢量位置,而用户希望得到的火点位置是火点的地理经纬度位置,而目前尚无火点地理经纬度的测定方法。
发明内容
本发明的技术解决问题是:根据火点检测敏感器的输出和卫星轨道姿态信息等,得到火点的地理经纬度位置,为用户提供最直接的数据服务。
本发明的技术方案为:
一种火点敏感器经纬度测定方法,包括如下步骤:
(1)确定火点检测敏感器在卫星的安装矩阵和安装位置;
(2)获得敏感器输出火点在敏感器基准镜坐标系中的方位矢量和火点时刻;
(3)卫星计算机存储有卫星姿态数据,通过查表得到火点对应时间的卫星姿态信息;
(4)根据火点时刻确定该时刻的卫星轨道位置、卫星从J2000惯性坐标系到卫星轨道坐标系的转换矩阵、岁差章动矩阵以及格林尼治恒星时角;
(5)根据火点时刻的卫星轨道信息、卫星姿态信息、敏感器安装信息、敏感器输出的火点方位矢量信息,获得地心指向地面火点的位置矢量信息;
(6)根据地心指向地面火点的位置矢量,获得火点的地理经纬度信息。
本发明与现有技术相比的有益效果在于:
火点检测敏感器作为一种新型星载智能敏感器,直接输出信息为火点在敏感器基准镜坐标系中的方向矢量信息,本方法直接输出火点的地理经纬度位置,更为直观易用,提高了敏感器的实用性,同时也提高了敏感器的智能化、自主化水平。
附图说明
图1本发明提供的一种火点敏感器经纬度测定方法的流程图。
具体实施方式
本发明提出了一种火点敏感器经纬度测定方法,如图1所示,包括如下步骤:
敏感器基准镜坐标系定义为:基准镜中心为坐标原点,敏感器光轴方向为+Za轴,基准镜中心指向将敏感器固联至星体的接插件方向为+Xa轴,+Ya轴与+Xa轴、+Za轴成右手直角坐标系。
2、获得敏感器输出火点在敏感器基准镜坐标系中的方位矢量up和火点时刻t_fire:敏感器直接输出为火点在敏感器基准镜坐标系的方向矢量信息如下表1:
表1
序号 | 火点内容 |
1 | 火点时刻t_fire,对应图像曝光时刻 |
2 | 火点方位矢量x,表示火点方位在敏感器基准镜坐标系X轴的投影 |
3 | 火点方位矢量y,表示火点方位在敏感器基准镜坐标系Y轴的投影 |
3、卫星计算机存储有卫星姿态数据,通过查表找到t_fire时刻对应的卫星姿态矩阵CBO_fire;若火点时刻t_fire无对应卫星姿态数据,通过查表结合线性差值拟合法获得t_fire时刻对应的姿态矩阵CBO_fire,或者通过查表获得距t_fire时刻最近时刻的卫星姿态矩阵作为t_fire时刻的卫星姿态矩阵CBO_fire。
4、根据火点时刻t_fire确定该时刻的卫星轨道位置[x_fire y_fire z_fire]T、卫星从J2000惯性坐标系到卫星轨道坐标系的转换矩阵COI_fire、岁差章动矩阵CPN_fire以及格林尼治恒星时角λG_fire;其中,x_fire为卫星在J2000惯性坐标系下X轴方向的坐标,y_fire为卫星在J2000惯性坐标系下Y轴方向的坐标,z_fire为卫星在J2000惯性坐标系下Z轴方向的坐标。
5、根据火点时刻的卫星轨道信息、卫星姿态信息、敏感器安装信息、敏感器输出的火点方位矢量信息,获得地心指向地面火点的位置矢量:
uo=CBO_fire T·CPBfire T·up;
uI=COI_fire T·uo;
A=1+d·uI(3)2;
其中,地球的半长轴:ae=6378.145,地球的半短轴:be=6356.76,uo、uI、A、B、C、d均为临时变量。
Xn84=cos(λG_fire)x1+sin(λG_fire)y1;
Yn84=-sin(λG_fire)x1+cos(λG_fire)y1;
Zn84=z1;
Ln84’=arctan2(Yn84/rn84,Xn84/rn84);
δn84 *=arcsin(Zn84/rn84);
δn84’=arctan(tan(δn84 *)/(1-fE)2);
Ln84=mod(Ln84’,π);δn84=mod(δn84’,π);
其中,x1、y1、z1、Xn84、Yn84、Zn84、rn84、δn84 *均为临时变量,fE为常数,mod函数将角度Ln84’和δn84’通过加或减2π使得其限幅到正负π/2范围内输出。
实施例1
2.t=1000.125秒时,敏感器输出火点时刻t_fire=1000.125,火点在敏感器基准镜坐标系的方位单位矢量为up=[0.037007109559268 0.0370071095592680.998629534754574]T;
3、通过查表确定t_fire时刻对应的卫星姿态矩阵CBO_fire=[0.99999999948125828,1.2893420485576845e-005,-2.9516826041131594e-005;-1.2893922240783673e-005,0.99999999977239318,-1.6998827341560552e-005;2.9516606861290651e-005,1.6999207920420645e-005,0.99999999941989848];
4、t_fire时刻的卫星轨道位置[x_fire y_fire z_fire]T=[-4285.8020078297141,1631.1533849416005,-5124.1037730588559]T和卫星从J2000惯性坐标系到卫星轨道坐标系的转换矩阵COI_fire=[0.75227108918910135,-0.078435789194291963,-0.65416820111016694;0.21362294018702163,0.96828686432014266,0.12955997765868030;0.62326033709525863,-0.23720956000661980,0.74516989797318733];岁差章动矩阵CPN_fire=[0.99998763113715827,0.0045616475822821577,0.0019821564090035828;-0.0045616641405236960,0.99998959554866329,3.8327367635354623e-006;-0.0019821183021592925,-1.2874621168800732e-005,0.99999803551871058];格林尼治恒星时角λG_fire=1.1896980430696951;
5、获得地心指向地面火点的位置矢量:
(1)地心指向卫星质心的位置矢量为
(2)卫星质心指向火点敏感器中心点的位置矢量在J2000惯性坐标系的表示为:
(3)地心指向火点敏感器中心点的位置矢量在J2000惯性坐标系的表示为
(5)地心指向地面火点的位置矢量在J2000惯性坐标系的表示为
6、根据地心指向火点的位置矢量获得火点的地理经度1.5885013022905383(rad)和地理纬度-0.84248603778896980(rad)。
Claims (7)
1.一种火点敏感器火点经纬度测定方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)确定火点检测敏感器在卫星的安装矩阵和安装位置;
(2)获得敏感器输出火点在敏感器基准镜坐标系中的方位矢量up和火点时刻t_fire;
(3)卫星计算机存储有卫星姿态数据,通过查表得到火点时刻的卫星姿态信息;
(4)根据火点时刻确定该时刻的卫星轨道位置、卫星从J2000惯性坐标系到卫星轨道坐标系的转换矩阵、岁差章动矩阵以及格林尼治恒星时角;
(5)根据火点时刻的卫星轨道信息、卫星姿态信息、敏感器安装信息、敏感器输出的火点方位矢量信息,获得地心指向地面火点的位置矢量信息;
(6)根据地心指向地面火点的位置矢量,获得火点的地理经纬度信息。
3.根据权利要求1所述的一种火点敏感器火点经纬度测定方法,其特征在于,步骤(2)中,通过敏感器直接输出的火点在敏感器基准镜坐标系的方向矢量信息获得敏感器输出火点在敏感器基准镜坐标系中的方位矢量up和火点时刻t_fire,所述敏感器直接输出的火点在敏感器基准镜坐标系的方向矢量信息包括火点方位矢量x、火点方位矢量y以及火点时刻t_fire。
5.根据权利要求1所述的一种火点敏感器火点经纬度测定方法,其特征在于,步骤(3)中,若火点时刻t_fire无对应卫星姿态数据,通过查表获得距火点时刻t_fire最近时刻的卫星姿态矩阵作为火点时刻t_fire的卫星姿态矩阵CBO_fire。
6.根据权利要求1所述的一种火点敏感器火点经纬度测定方法,其特征在于,步骤(5)中,通过以下步骤获得地心指向地面火点的位置矢量:
(1)确定地心指向卫星质心的位置矢量其中,x_fire为卫星在J2000惯性坐标系下X轴方向的坐标,y_fire为卫星在J2000惯性坐标系下Y轴方向的坐标,z_fire为卫星在J2000惯性坐标系下Z轴方向的坐标;
A=1+d·uI(3)2;
其中,CPBfire为从敏感器的基准镜坐标系Oxayaza到卫星本体坐标系的方向余弦矩阵;地球的半长轴:ae=6378.145;地球的半短轴:be=6356.76,uo、uI、A、B、C、d均为临时变量;
7.根据权利要求6所述的一种火点敏感器火点经纬度测定方法,其特征在于,步骤(6)中,根据地心指向地面火点的位置矢量获得火点的地理经度Ln84、地理纬度δn84;
地理纬度δn84=mod(δn84’,π),δn84’=arctan(tan(δn84 *)/(1-fE)2);
地理经度Ln84=mod(Ln84’,π),Ln84’=arctan2(Yn84/rn84,Xn84/rn84);
其中,
Xn84=cos(λG_fire)x1+sin(λG_fire)y1;λG_fire为格林尼治恒星时角;
Yn84=-sin(λG_fire)x1+cos(λG_fire)y1;
Zn84=z1;
δn84 *=arcsin(Zn84/rn84);
x1、y1、z1、Xn84、Yn84、Zn84、rn84、δn84 *均为临时变量,fE为常数,mod函数将角度Ln84’和δn84’通过加或减2π使得其限幅到正负π/2范围内输出。
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