CN113739772B - 一种火点敏感器经纬度测定方法 - Google Patents

一种火点敏感器经纬度测定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113739772B
CN113739772B CN202111006872.5A CN202111006872A CN113739772B CN 113739772 B CN113739772 B CN 113739772B CN 202111006872 A CN202111006872 A CN 202111006872A CN 113739772 B CN113739772 B CN 113739772B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fire
sensor
fire point
satellite
coordinate system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111006872.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113739772A (zh
Inventor
刘洁
张涛
陈超
周剑敏
乌日娜
邓楼楼
程莉
刘彤
杨晓龙
王子寒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Control Engineering
Original Assignee
Beijing Institute of Control Engineering
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Control Engineering filed Critical Beijing Institute of Control Engineering
Priority to CN202111006872.5A priority Critical patent/CN113739772B/zh
Publication of CN113739772A publication Critical patent/CN113739772A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113739772B publication Critical patent/CN113739772B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/244—Spacecraft control systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Fire Alarms (AREA)

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

一种火点敏感器经纬度测定方法
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：
1、确定火点敏感器在整星的安装矩阵和安装位置：安装矩阵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CPBfire，安装位置为敏感器基准镜原点在卫星本体坐标系的坐标矢量
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
火点在敏感器基准镜坐标系的方位矢量为up＝[x y z]T，其中
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：
(1)确定地心指向卫星质心的位置矢量
(2)确定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
(3)确定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/>
(4)考虑地球为标准椭球，确定从火点敏感器中心点指向地面火点的位置矢量在J2000惯性坐标系中的表示
uo＝CBO_fire T·CPBfire T·up；
uI＝COI_fire T·uo；
A＝1+d·uI(3)2；
火点视线距离：
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。
(5)确定地心指向地面火点的位置矢量在J2000惯性坐标系的表示
6、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。具体地，
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
1、已知火点敏感器在整星的安装矩阵CPBfire＝[0,1,0；-1,0,0；0,0,1]和安装位置
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
(4)考虑地球为标准椭球，确定从火点敏感器中心点指向地面火点的位置矢量在J2000惯性坐标系中的表示
(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 (6)

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；具体地：
(5.1)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；
(5.2)确定J2000惯性坐标系下卫星质心指向火点敏感器中心点的位置矢量
其中，COI_fire为卫星从J2000惯性坐标系到卫星轨道坐标系的转换矩阵；CBO_fire为火点时刻对应的卫星姿态矩阵；为敏感器基准镜原点在卫星本体坐标系的坐标矢量；
(5.3)确定J2000惯性坐标系下地心指向火点敏感器中心点的位置矢量
(5.4)考虑地球为标准椭球，获得J2000惯性坐标系下从火点敏感器中心点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；
火点视线距离：
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；
(5.5)确定J2000惯性坐标系下地心指向地面火点的位置矢量
(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。
2.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(1)中，所述安装矩阵为从敏感器基准镜坐标系Oxayaza到卫星本体坐标系的方向余弦矩阵CPBfire，所述安装位置为敏感器基准镜原点在卫星本体坐标系的坐标矢量其中，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的方向为+Xa轴，+Ya轴与+Xa轴、+Za轴成右手直角坐标系。
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。
4.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，通过查表结合线性差值法获得火点时刻t_fire对应的姿态矩阵CBO_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(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，
CPN_fire为岁差章动矩阵；
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。
CN202111006872.5A 2021-08-30 2021-08-30 一种火点敏感器经纬度测定方法 Active CN113739772B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111006872.5A CN113739772B (zh) 2021-08-30 2021-08-30 一种火点敏感器经纬度测定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111006872.5A CN113739772B (zh) 2021-08-30 2021-08-30 一种火点敏感器经纬度测定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113739772A CN113739772A (zh) 2021-12-03
CN113739772B true CN113739772B (zh) 2023-09-29

Family

ID=78734027

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111006872.5A Active CN113739772B (zh) 2021-08-30 2021-08-30 一种火点敏感器经纬度测定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113739772B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1524490A1 (fr) * 2003-10-17 2005-04-20 Etienne Lacroix - Tous Artifices Sa Dispositif de sécurité pour organe sensible, notamment pour un inflammateur à action pyrotechnique
CN101551458A (zh) * 2009-05-22 2009-10-07 中国科学院上海技术物理研究所 激光测距定位快速探测森林火灾系统
CN101860562A (zh) * 2010-03-18 2010-10-13 南京森林公安高等专科学校 集成化林火动态监测与精确定位系统及定位方法
CN103017760A (zh) * 2011-09-27 2013-04-03 上海航天控制工程研究所 一种大椭圆轨道火星探测器自主对火定向方法
CN103279127A (zh) * 2013-05-22 2013-09-04 上海新跃仪表厂 一种仅用角度信息的geo轨道卫星自主控制方法
CN107826269A (zh) * 2017-09-18 2018-03-23 北京控制工程研究所 一种适用于地球静止轨道卫星平台的近地点变轨方法
WO2018095054A1 (zh) * 2016-11-23 2018-05-31 杭州海康威视数字技术股份有限公司 传输火灾现场图像的方法及装置、手持消防热像仪
CN108344396A (zh) * 2018-01-24 2018-07-31 浙江大学 一种敏捷卫星斜条带成像模式姿态计算方法
CN112082560A (zh) * 2020-08-07 2020-12-15 上海航天控制技术研究所 一种基于自主导航的火星制动策略在线制定方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013004033A1 (zh) * 2011-07-06 2013-01-10 清华大学 用于星敏感器的精度测量方法及系统

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1524490A1 (fr) * 2003-10-17 2005-04-20 Etienne Lacroix - Tous Artifices Sa Dispositif de sécurité pour organe sensible, notamment pour un inflammateur à action pyrotechnique
CN101551458A (zh) * 2009-05-22 2009-10-07 中国科学院上海技术物理研究所 激光测距定位快速探测森林火灾系统
CN101860562A (zh) * 2010-03-18 2010-10-13 南京森林公安高等专科学校 集成化林火动态监测与精确定位系统及定位方法
CN103017760A (zh) * 2011-09-27 2013-04-03 上海航天控制工程研究所 一种大椭圆轨道火星探测器自主对火定向方法
CN103279127A (zh) * 2013-05-22 2013-09-04 上海新跃仪表厂 一种仅用角度信息的geo轨道卫星自主控制方法
WO2018095054A1 (zh) * 2016-11-23 2018-05-31 杭州海康威视数字技术股份有限公司 传输火灾现场图像的方法及装置、手持消防热像仪
CN107826269A (zh) * 2017-09-18 2018-03-23 北京控制工程研究所 一种适用于地球静止轨道卫星平台的近地点变轨方法
CN108344396A (zh) * 2018-01-24 2018-07-31 浙江大学 一种敏捷卫星斜条带成像模式姿态计算方法
CN112082560A (zh) * 2020-08-07 2020-12-15 上海航天控制技术研究所 一种基于自主导航的火星制动策略在线制定方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘华伟 ; 李伟杰 ; 田百义 ; 丁继锋 ; 曾福明 ; 王耀兵 ; 王光远 ; .基于在轨组装维护的模块化深空探测器技术进展与应用研究.深空探测学报.2019,(第06期),全文. *
基于在轨组装维护的模块化深空探测器技术进展与应用研究;刘华伟;李伟杰;田百义;丁继锋;曾福明;王耀兵;王光远;;深空探测学报(第06期);全文 *
基于通信链路+成像测量的自主导航技术研究;祖立业;王卫华;刘昱晗;;自动化技术与应用(第06期);全文 *
王文青 ; 刘筱璐 ; .高风速条件下隧道线型光纤感温火灾报警研究.消防科学与技术.2014,(第12期),全文. *
祖立业 ; 王卫华 ; 刘昱晗 ; .基于通信链路+成像测量的自主导航技术研究.自动化技术与应用.2018,(第06期),全文. *
高风速条件下隧道线型光纤感温火灾报警研究;王文青;刘筱璐;;消防科学与技术(第12期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113739772A (zh) 2021-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Noureldin et al. Fundamentals of inertial navigation, satellite-based positioning and their integration
US9639941B2 (en) Scene documentation
US5581259A (en) Life for old maps
US9467814B2 (en) Collecting external accessory data at a mobile data collection platform that obtains raw observables from an external GNSS raw observable provider
US9456067B2 (en) External electronic distance measurement accessory for a mobile data collection platform
US5614913A (en) Optimization of survey coordinate transformations
US10309786B2 (en) Navigational and location determination system
US20110004405A1 (en) Earth horizon sensor
US20220011446A1 (en) System and method for determining gnss positioning corrections
KR20070046081A (ko) 이미지와 연관된 위치를 판단하기 위한 방법 및 장치
JPH075241A (ja) Ｇｐｓナビゲーションシステム用差動装置及び方法
JPH04228400A (ja) 極星センサを使用した宇宙船の３軸姿勢制御システム
US9383210B2 (en) Image navigation and registration (INR) transfer from exquisite systems to hosted space payloads
CN113253303A (zh) 一种用于实时监测单频星基增强系统性能的方法
CN102279001A (zh) 一种星载相机的相移补偿方法
US8942421B1 (en) Geolocation of remotely sensed pixels by introspective landmarking
CN113739772B (zh) 一种火点敏感器经纬度测定方法
JP2009509125A (ja) 画像に関連する位置を決定するための方法および装置
WO2023107742A1 (en) System and method for correcting satellite observations
Kaplan New technology for celestial navigation
Upadhyay et al. Precision relative navigation for automated rendezvous and docking
An et al. Array ppp-rtk: A high precision pose estimation method for outdoor scenarios
Janschek et al. Satellite autonomous navigation based on image motion analysis
Hartana Comparison of linearized and extended Kalman filter in GPS aided inertial navigation system.
Li et al. Design and Analysis of High-Precision Stereo Surveying and Mapping Satellite System

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant