CN115276761A - 基于高精高频姿态数据的卫星辅助数据生成方法及系统 - Google Patents

基于高精高频姿态数据的卫星辅助数据生成方法及系统 Download PDF

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CN115276761A CN202210728025.8A CN202210728025A CN115276761A CN 115276761 A CN115276761 A CN 115276761A CN 202210728025 A CN202210728025 A CN 202210728025A CN 115276761 A CN115276761 A CN 115276761A
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Abstract

本发明公开了一种基于高精高频姿态数据的卫星辅助数据生成方法及系统，所述方法包括：将卫星成像任务划分为多个成像子任务；卫星任务调度模块分别触发姿态测量设备及相机；生成星敏辅助数据以及陀螺辅助数据；将添加了第一信道标识的星敏辅助数据以及添加了第二信道标识的陀螺辅助数据发送到数传分系统；相机执行成像子任务，将生成的相机辅助数据以及平台辅助数据写入图像数据的头部，形成混合数据；将添加了第三信道标识的混合数据发送到数传分系统；所述数传分系统基于信道标识为各类数据分配虚拟信道并处理各类数据；获取各个子任务处理后的混合数据，将各个处理后的混合数据及处理后的星敏辅助数据以及陀螺辅助数据打包下传给地面应用系统。

Description

基于高精高频姿态数据的卫星辅助数据生成方法及系统
技术领域
本发明涉及卫星遥感领域，具体涉及一种基于高精高频姿态数据的卫星辅助数据生成方法及系统。
背景技术
卫星辅助数据是卫星遥感应用星地接口中的重要一环。卫星往往将姿态、轨道、相机成像参数、任务信息等内容经过格式编排打包成卫星辅助数据，随图像下传，即卫星每500ms组成一包辅助数据将其顺序编入每行图像数据传输的前若干字节，为保证有效图像数据传输占比(大于99.5％)，一般辅助数据占几十字节/列，共十余行，并在下一包辅助数据更新前重复编入约几百次。地面应用系统则对下传的图像和卫星辅助数据按时间进行除重提取，用于遥感数据的几何定位、拼接、配准等处理。卫星辅助数据的设计直接影响地面几何处理的精度和时效性。
随着高中低轨光学遥感卫星敏捷机动能力和成像性能的提升，卫星成像模式出现多条带拼幅、多角度成像及高轨特有的时序凝视成像等新的特点，这些成像任务均由多个成像子任务关联组合，对卫星辅助数据中的姿态数据的精度、频率及子任务间的连续性提出了更高的要求。但当前，无论是低轨高分辨率光学遥感卫星还是高轨光学成像卫星，其利用传统辅助数据进行新模式的高精度几何处理还存在一些问题，具体表现在：
一是传统卫星辅助数据(主要包括姿态、轨道数据)随图像产生，在非成像时间段(如多角度成像的多次任务之间，或面阵凝视成像多帧之间)没有辅助数据。因此，传统配准的方法是仅利用成像时的辅助数据进行图像帧几何相关粗预测，再利用地物纹理进行精确匹配。但是针对在纯海面的舰船、或云层上方的飞机等，背景配准缺乏纹理信息，目标本身也在运动，导致配准出现困难。目前，海面舰船成像利用成像时的辅助数据进行粗预测，精度主要受限于星敏测姿的随机误差。例如，对于3600km静止轨道卫星而言，以30s间隔拍摄航速速度为20节(即10m/s)的舰船多帧图像时，2″测姿误差会导致约300m的帧间配准误差，舰船航行速度研判误差达10m/s，这对舰船动向的判断会产生极大干扰。
二是虽然新一代遥感卫星配置了高精度高频星敏以及陀螺以进一步提高卫星姿态指向测量精度，但受限于传统图像辅助数据组织方式不能将其随图像进行编排，而是在卫星平台专门设计了存储区域对其进行记录缓存，后续通过星上任务调度。定期将高精度高频星敏及陀螺存储数据导入卫星固存，由对地数传通道下传至地面。高精度高频星敏及陀螺数据晚于图像数据下传到地面，额外处理往往需要增加几十分钟甚至小时级的时延，地面系统为了保证图像数据处理的实时性，往往舍弃卫星平台数据不使用；或者需要改动地面图像处理业务流程架构来适应新增的高精度高频星敏+陀螺，均带来了时间的成本和星地资源的耗费。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于高精高频姿态数据的卫星辅助数据生成方法及系统，能够解决现有的遥感卫星辅助数据生成、存储中姿态精度和频率的不足及非成像期间姿态不连续的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的。
一种基于高精高频姿态数据的卫星辅助数据生成方法，包括：
步骤S1：将卫星成像任务划分为多个成像子任务；
步骤S2：卫星任务调度模块分别触发姿态测量设备及相机；所述姿态测量设备用于生成星敏辅助数据以及陀螺辅助数据；将添加了第一信道标识的星敏辅助数据以及添加了第二信道标识的陀螺辅助数据发送到数传分系统；所述数传分系统基于信道标识为各类辅助数据分配虚拟信道并处理各类辅助数据；
所述相机用于执行各个成像子任务，对每个成像子任务：生成图像数据、相机辅助数据以及平台辅助数据；将所述相机辅助数据以及平台辅助数据写入所述图像数据的头部，形成混合数据；将添加了第三信道标识的混合数据发送到数传分系统；所述数传分系统基于信道标识为所述混合数据分配虚拟信道并处理所述混合数据；
步骤S3：获取各个子任务处理后的混合数据，将各个处理后的混合数据及处理后的星敏辅助数据以及陀螺辅助数据打包下传给地面应用系统。
优选地，所述星敏辅助数据为星敏感器测量生成的原始四元数数据，所述陀螺辅助数据为陀螺测量生成的姿态角速度数据；所述相机辅助数据为相机成像参数信息，所述平台辅助数据为成像任务信息、器件温度信息。
优选地，所述步骤S2：卫星任务调度模块分别触发姿态测量设备及相机；所述姿态测量设备用于生成星敏辅助数据以及陀螺辅助数据，所述星敏辅助数据为星敏感器测量生成的原始四元数数据，所述陀螺辅助数据为陀螺测量生成的姿态角速度数据，包括：
步骤S21：所述卫星任务调度模块接收所述各个成像子任务的任务参数，卫星当前时刻为T，卫星姿态机动时间为τattitude1，相机成像准备时间为τcamera，数传分系统开机准备时间为τDataTrans,高精度星敏以及陀螺相对于最早执行的子任务Task1的成像时刻提前的测量时间τMearure1；若满足条件：T10-T＞τattitude1+τMearure1，且T10-T＞τcamera，且T10-T＞τDataTrans，其中，T10为第一个成像子任务的成像时刻；进入步骤S23；否则，所述卫星成像任务不可执行；
步骤S23：在T10-τmeasure1时刻，所述卫星任务调度模块触发姿态测量设备，所述姿态测量设备生成星敏辅助数据以及陀螺辅助数据。
优选地，所述步骤S2：所述相机用于执行各个成像子任务，对每个成像子任务：生成图像数据、相机辅助数据以及平台辅助数据；将所述相机辅助数据以及平台辅助数据写入所述图像数据的头部，形成混合数据；将添加了第三信道标识的混合数据发送到数传分系统；所述数传分系统基于信道标识为所述混合数据分配虚拟信道并处理所述混合数据，包括：
步骤S24：所述卫星任务调度模块在T10-τcamera时刻，发送成像任务执行指令给相机控制器，相机执行成像开机指令组，其中，T10为第一个成像子任务的成像时刻；初始化i为1；
步骤S25：若i>N，所述卫星成像任务完成，方法结束；否则，进入步骤S26；
步骤S26：若所述卫星成像任务为拼幅或多角度成像，则进行卫星姿态机动并指向下一成像区域，进入步骤S27；
步骤S27：相机执行成像子任务Taski以生成图像Ii，同时生成成像期间的相机辅助数据以及平台辅助数据；所述相机辅助数据为相机成像参数，所述平台辅助数据为成像任务信息、器件温度信息；
步骤S28：将添加了第三信道标识的混合数据通过数传接口发送到数传分系统；所述数传分系统基于信道标识为所述混合数据分配虚拟信道并由数传分系统数据处理器处理所述混合数据；将i赋值为i+1，进入步骤S25。
优选地，在所述步骤S23之前，还包括：
步骤S22：所述卫星任务调度模块在T10-τattitude1-τMearure1时刻，发送姿态机动执行指令给控制计算机,卫星进行姿态机动并进行姿态保持；
所述卫星任务调度模块在T10-τDataTrans时刻，发送数传开指向指令给数传控制器，数传分系统执行开机指令组。
优选地，所述步骤S3：所述步骤S3：获取各个子任务处理后的混合数据，将各个处理后的混合数据及处理后的星敏辅助数据以及陀螺辅助数据打包下传给地面应用系统，包括：
步骤S31：在TN0+tN+τmeasureN时刻，卫星高速总线端口关闭，所述数传分系统停止接收各类型辅助数据；其中，tN为第N个成像子任务的相机成像时长，τmeasureN为星敏及陀螺部件在全部成像子任务结束后延长的测量记录时间，TN0为第N个成像子任务的成像时刻；
步骤S32：所述数传分系统将各个处理后的混合数据及处理后的星敏辅助数据以及陀螺辅助数据打包为一个数据文件，通过对地输数传通道下传给地面应用系统；
步骤S33：所述地面应用系统基于信道标识解析数据，并利用卫星生成的星敏辅助数据及陀螺辅助数据对各个子任务生成的图像数据进行配准关联。
本发明所提供的一种基于高精高频姿态数据的卫星辅助数据生成装置，所述装置包括：
子任务划分模块：配置为将卫星成像任务划分为多个成像子任务；
辅助数据生成模块：配置为卫星任务调度模块分别触发姿态测量设备及相机；所述姿态测量设备用于生成星敏辅助数据以及陀螺辅助数据；将添加了第一信道标识的星敏辅助数据以及添加了第二信道标识的陀螺辅助数据发送到数传分系统；所述数传分系统基于信道标识为各类辅助数据分配虚拟信道并处理各类辅助数据；
所述相机用于执行各个成像子任务，对每个成像子任务：生成图像数据、相机辅助数据以及平台辅助数据；将所述相机辅助数据以及平台辅助数据写入所述图像数据的头部，形成混合数据；将添加了第三信道标识的混合数据发送到数传分系统；所述数传分系统基于信道标识为所述混合数据分配虚拟信道并处理所述混合数据；
数据下发模块：配置为获取各个子任务处理后的混合数据，将各个处理后的混合数据及处理后的星敏辅助数据以及陀螺辅助数据打包下传给地面应用系统。
本发明所提供的一种基于高精高频姿态数据的卫星辅助数据生成系统，用于实现如前所述的卫星辅助数据生成方法，所述卫星辅助数据生成系统包括：
卫星上注模块：用于接收卫星成像任务对应的各个成像子任务的参数，并将所述各个成像子任务的参数转发至卫星任务调度模块；
卫星任务调度模块：用于进行星上任务冲突判决，进行星上任务调度，根据任务冲突判决结果和时序要求发送指令给卫星姿态机动模块、高精度高频姿态测量模块、相机成像机平台辅助数据组织模块、卫星图像与辅助数据复接模块；
卫星姿态机动模块：接收卫星任务调度模块发送的卫星姿态机动角度设置指令，使卫星按指令参数中规定的姿态角，进行姿态机动并进行姿态保持，使得相机视轴直接指向目标点；
高精度高频姿态测量模块：由星敏及陀螺进行高精度高频姿态测量，接收卫星任务调度模块的高速总线端口打开指令，并编排产生星敏辅助数据以及陀螺辅助数据；
相机成像机平台辅助数据组织模块：相机执行成像开机指令组，利用相机控制器接收由平台辅助数据及相机辅助数据，并将所述平台辅助数据及相机辅助数据编排到图像数据的头部；根据卫星任务调度模块发送的相机成像开机指令进行多次成像；
卫星图像与辅助数据复接模块：用于接收卫星任务调度模块发送的成像任务执行指令，执行开机指令组，并建立数据记录状态；持续记录各个子任务的图像并对图像进行复接，接收图像数据、相机辅助数据、平台辅助数据、星敏辅助数据及陀螺辅助数据，按不同虚拟信道进行交替编排，并通过对地数传天线将图像数据、相机辅助数据、平台辅助数据、星敏辅助数据及陀螺辅助数据打包，将打包后的数据文件下传至地面应用模块。
本发明所提供的一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有多条指令；所述多条指令，用于由处理器加载并执行如前所述方法。
本发明所提供的一种电子设备，其特征在于，所述电子设备，包括：
处理器，用于执行多条指令；
存储器，用于存储多条指令；
其中，所述多条指令，用于由所述存储器存储，并由所述处理器加载并执行如前所述方法。
有益效果：
本发明提供了一种充分发挥星上高精高频姿态数据优势的卫星辅助数据设计方法，提升卫星数据流效率，利用高精高频姿态辅助数据实现快速几何定位、拼接、配准，提高卫星在拼幅、多角度、凝视成像任务中数据应用处理的精度和时效性。该方法适用于配置了高精度高频星敏以及陀螺的卫星。
具有以下技术效果：
(1)本发明提供一种充分发挥卫星高精度高频姿态数据优势的卫星辅助数据生成方法，为应用处理提供高精、高频、连续的姿态数据。
(2)本发明能够解决敏捷遥感卫星敏捷拼幅、多角度及高轨时序凝视等多成像子任务间关联和匹配的难题，有效提升地面几何定位和配准处理的精度和时效性，提高卫星数据应用效能。
(3)本发明将遥感卫星星上数据信息流效率最大化，减少原有星上平台存储和多次数据传递环节，节省了遥感卫星系统的设计、研制、测试成本。
(4)为不同类型的辅助数据提供快速下传路径，而不受传统辅助数据编排设计条件下图像传输占比的约束，大幅提升辅助数据的传输容量与传输效率。
(5)本发明的卫星遥感系统能够确保相对使用传统辅助数据设计的系统的大幅提升卫星敏捷拼幅、多角度和时序凝视模式下的几何定位和配准处理精度和时效性；同时，减少对原有遥感系统的高精度姿态数据存储的设计、研制、测试等的成本以及因此关联的地面系统处理的时间成本和资源耗费。
附图说明
图1为本发明提供的基于高精高频姿态数据的卫星辅助数据生成方法流程示意图；
图2为本发明提供的卫星辅助数据信息流向示意图；
图3为本发明提供的基于高精高频姿态数据的卫星辅助数据生成示意图；
图4为本发明提供的辅助数据结构组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
如图1-图3所示，本发明提出了一种基于高精高频姿态数据的卫星辅助数据生成方法，所述方法运行于卫星上，包括如下步骤：
步骤S1：将卫星成像任务划分为多个成像子任务；
步骤S2：卫星任务调度模块分别触发姿态测量设备及相机；所述姿态测量设备用于生成星敏辅助数据以及陀螺辅助数据；将添加了第一信道标识的星敏辅助数据以及添加了第二信道标识的陀螺辅助数据发送到数传分系统；所述数传分系统基于信道标识为各类辅助数据分配虚拟信道并处理各类辅助数据；
所述相机用于执行各个成像子任务，对每个成像子任务：生成图像数据、相机辅助数据以及平台辅助数据；将所述相机辅助数据以及平台辅助数据写入所述图像数据的头部，形成混合数据；将添加了第三信道标识的混合数据发送到数传分系统；所述数传分系统基于信道标识为所述混合数据分配虚拟信道并处理所述混合数据；
步骤S3：获取各个子任务处理后的混合数据，将各个处理后的混合数据及处理后的星敏辅助数据以及陀螺辅助数据打包下传给地面应用系统。
所述步骤S1：将卫星成像任务划分为多个成像子任务，包括：
将卫星成像任务划分为N个成像子任务，获取各个子任务Taski的任务参数{成像时刻Ti0，成像时长ti，姿态角αi}，并将各个子任务Taski进行任务上注；其中，1≤i≤N。
所述步骤S2：所述步骤S2：卫星任务调度模块分别触发姿态测量设备及相机；所述姿态测量设备用于生成星敏辅助数据以及陀螺辅助数据，所述星敏辅助数据为星敏感器测量生成的原始四元数数据，所述陀螺辅助数据为陀螺测量生成的姿态角速度数据，包括：
步骤S21：所述卫星任务调度模块接收所述各个成像子任务的任务参数，卫星当前时刻为T，卫星姿态机动时间为τattitude1，相机成像准备时间为τcamera，数传分系统开机准备时间为τDataTrans,高精度星敏以及陀螺相对于最早执行的子任务Task1的成像时刻提前的测量时间τMearure1；若满足条件：T10-T＞τattitude1+τMearure1，且T10-T＞τcamera，且T10-T＞τDataTrans，其中，T10为第一个成像子任务的成像时刻；进入步骤S23；否则，所述卫星成像任务不可执行；
步骤S23：在T10-τmeasure1时刻，所述卫星任务调度模块触发姿态测量设备，所述姿态测量设备生成星敏辅助数据以及陀螺辅助数据。
本实施例中，所述卫星任务调度模块触发姿态测量设备发生在执行成像子任务之前。所述姿态测量设备生成星敏辅助数据以及陀螺辅助数据。所述星敏辅助数据优于1″测量精度，频率≥8Hz、陀螺辅助随机游走误差小于8×10-5°/h1/2，频率≥200Hz。τmeasure1为10s。
本实施例中，在T10-τmeasure1时刻，所述姿态测量设备生成星敏辅助数据以及陀螺辅助数据，卫星SpaceWire总线端口打开，所述卫星高速总线端口用于输出星敏辅助数据以及陀螺辅助数据，将添加了第一信道标识的星敏辅助数据以及添加了第二信道标识的陀螺辅助数据发送到数传分系统。所述数传分系统中具备数据记录状态。所述数传分系统中的数传控制器通过内部总线将添加了第一信道标识的星敏辅助数据以及添加了第二信道标识的陀螺辅助数据传送并记录至数据处理器，由数据处理器对添加了第一信道标识的星敏辅助数据以及添加了第二信道标识的陀螺辅助数据进行处理。
现有技术中，遥感卫星系统将卫星高精度姿态数据在卫星平台专门设计了存储区域对其进行记录缓存，后续通过星上任务调度定期将高精度高频星敏+陀螺存储数据导入卫星固存，由对地数传通道下传至地面。一方面需要额外配置平台存储单元，另一方面也需要额外进行任务调度将数据进行下传(但与图像不同步)。本发明方法则可减少平台存储单元，简化高精度姿态数据在卫星内部的数据流和调度，直接对接至数传处理器，并可以与图像数据一同下传，极大提高了高精度姿态数据的使用效费比。也就是说，现有技术中，星敏辅助数据和陀螺辅助数据和图像的传输以类似于分时段的方式传输，例如，7点图像下发，8点星敏辅助数据、陀螺辅助数据下发，因此需要多配置一个给星敏陀螺的临时存储区。现有需要多配置一个星上设备，并且地面应用系统获取到图像、星敏辅助数据、陀螺辅助数据还存在时延。本发明中，星敏辅助数据、陀螺辅助数据和图像都是一个时间下发，既节省了星上缓存用的设备，又能让地面应用系统同时收到多种数据。
所述步骤S2：所述相机用于执行各个成像子任务，对每个成像子任务：生成图像数据、相机辅助数据以及平台辅助数据；将所述相机辅助数据以及平台辅助数据写入所述图像数据的头部，形成混合数据；将添加了第三信道标识的混合数据发送到数传分系统；所述数传分系统基于信道标识为所述混合数据分配虚拟信道并处理所述混合数据，包括：
步骤S24：所述卫星任务调度模块在T10-τcamera时刻，发送成像任务执行指令给相机控制器，相机执行成像开机指令组，其中，T10为第一个成像子任务的成像时刻；初始化i为1；
步骤S25：若i>N，所述卫星成像任务完成，方法结束；否则，进入步骤S26；
步骤S26：若所述卫星成像任务为拼幅或多角度成像，则进行卫星姿态机动并指向下一成像区域，进入步骤S27；
步骤S27：相机执行成像子任务Taski以生成图像Ii，同时生成成像期间的相机辅助数据以及平台辅助数据；所述相机辅助数据为相机成像参数，所述平台辅助数据为成像任务信息、器件温度信息；
步骤S28：将添加了第三信道标识的混合数据通过数传接口发送到数传分系统；所述数传分系统基于信道标识为所述混合数据分配虚拟信道并由数传分系统数据处理器处理所述混合数据；将i赋值为i+1，进入步骤S25。
本实施例中，在所述数传分系统按不同虚拟信道，对输入至数据处理器的图像数据、相机辅助数据及平台辅助数据，星敏辅助数据以及陀螺辅助数据，由数据处理器交替地对各类辅助数据进行处理、编排和存储。所述数传分系统将不同信道标识的辅助数据存储到与信道标识对应的信道，信道标识不同，分配的虚拟信道也不同。按不同虚拟信道，对输入至数据处理器的相机辅助数据、平台辅助数据、星敏辅助数据以及陀螺辅助数据交替进行处理、编排和存储，不同虚拟信道(对应相机不同探测器、星敏、陀螺数据源)的地位相同，在同时输入至数据处理器时，交替进行处理、编排和存储，考虑数传固存分区块管理的硬件架构，每若干帧将切换一次虚拟信道进行处理。例如，每若干帧切换一次虚拟信道，处理相应虚拟信道的辅助数据。本实施例中，将辅助数据分为两个分支，这样，在生成图像、相机辅助数据、平台辅助数据的同时，另一分支上可以不间断地生成星敏辅助数据以及陀螺辅助数据。
所述步骤S3：获取各个子任务处理后的混合数据，将各个处理后的混合数据及处理后的星敏辅助数据以及陀螺辅助数据打包下传给地面应用系统，包括：
步骤S31：在TN0+tN+τmeasureN时刻，卫星高速总线端口关闭，所述数传分系统停止接收各类型辅助数据；其中，tN为第N个成像子任务的相机成像时长，τmeasureN为星敏及陀螺部件在全部成像子任务结束后延长的测量记录时间，TN0为第N个成像子任务的成像时刻；
步骤S32：所述数传分系统将各个处理后的混合数据及处理后的星敏辅助数据以及陀螺辅助数据打包为一个数据文件，通过对地输数传通道下传给地面应用系统；
步骤S33：所述地面应用系统基于信道标识解析数据，并利用卫星生成的星敏辅助数据及陀螺辅助数据对各个子任务生成的图像数据进行配准关联。
本实施例中，对于地面处理星敏及陀螺数据的需求，需要头尾两端数据进行双向联合滤波以提高精度，但预留过长的尾部时间将会影响下次任务的安排。对于某种情况下，可以适当考虑相机成像结束后，但数据全部传输至数传的时间延迟，作为τmeasure2的时间，可以进一步提高任务效率。相机数据传输至数传的时延一般不超过4s，则设置τmeasure2时间为4s。
进一步地，在所述步骤S23之前，还包括：
步骤S22：所述卫星任务调度模块在T10-τattitude1-τMearure1时刻，发送姿态机动执行指令给控制计算机,卫星进行姿态机动并进行姿态保持；
所述卫星任务调度模块在T10-τDataTrans时刻，发送数传开指向指令给数传控制器，数传分系统执行开机指令组。
卫星执行计划成像任务，需要考虑星上控制分系统、相机分系统、数传分系统及地面应用处理对高精度星敏及陀螺数据预留的约束。对于控制分系统来说，卫星需要在每次成像子任务开始前留出姿态机动准备、执行、卫星稳定的时间；根据任务计划中的姿态，可以估算出卫星姿态机动所需要的准备和执行时间。如对于敏捷机动能力为20°/50s的遥感卫星，任务计划进行20°多角度俯仰成像，成像时长3s。此外，对于地面应用系统来说，需要在卫星姿态稳定后、相机成像前，积累至少10s的高精度高频星敏+陀螺数据，以便于进行联合滤波，则星务计算机需要在成像开始T0前61.5s发送指令组给控制计算机。
对于相机分系统，一般成像电路上电需要约30s时间，则星务计算机需要在成像开始T0前31.5s发送指令组给相机计算机。
对于数传分系统，一般数传行波管放大器上电需要约30s时间，则星务计算机需要在成像开始T0前31.5s发送指令组给数传控制器。
考虑卫星轨道36000km，卫星在高精度星敏基础上配置随机游走误差8×10-5°/h1 /2，200Hz高精度高频测量陀螺，与多个子任务图像数据同步下传，可保证实时姿态解析处理，联合滤波处理后相对姿态误差可实现0.1″/10s，配准误差为25m，相比传统方法(仅考虑星敏定姿误差2″)提升了12倍，；舰船航行速度误差为2.5m/s，可满足对一般舰船航速研判的精度需求和时效性要求。
本发明的卫星辅助数据由“相机辅助数据”、“平台辅助数据”和“高精度高频星敏辅助数据以及陀螺辅助数据”组成。根据拼幅、多角度和时序凝视成像模式下，卫星多成像子任务特点和图像处理需求，对辅助数据设计进行针对性设计。
首先，考虑地面应用系统对辅助数据高精度和实时处理的需求，星上将平台辅助数据与相机辅助数据写入图像数据头部，并将“高精度高频星敏辅助数据以及陀螺辅助数据”与混合数据记录在同一任务文件，随图像一同下传。
其次，考虑辅助数据对成像多个成像子任务的覆盖性和连续性需求，“高精度高频星敏辅助数据以及陀螺辅助数据”编排应可覆盖一次成像任务的前10s和成像任务后4s。后续，地面在接收到数据文件后，能够解析出星敏辅助数据、陀螺辅助数据、以及混合数据，根据混合数据的编排形式，能够从中解析出各成像子任务生成的平台辅助数据、相机辅助数据及图像数据。
图2给出了本发明的卫星辅助数据信息流向，反映了整星辅助数据的来源、发送的条件、接收辅助数据的终端以及方向等信息。
1)平台辅助数据：该类数据通过1553B总线整星广播，相机控制器接收广播数据并进行格式编排和处理；
2)相机辅助数据：相机进行自身辅助数据生成并对来平台辅助数据进行整包组织编排，发送给数传分系统的数据处理器。
3)高精度高频星敏+陀螺辅助数据：由星敏、陀螺测量部件控制端发送高速总线，通过路由传至数传分系统。
本发明还提供了一种基于高精高频姿态数据的卫星辅助数据生成装置，该装置包括：
子任务划分模块：配置为将卫星成像任务划分为多个成像子任务；
辅助数据生成模块：配置为卫星任务调度模块分别触发姿态测量设备及相机；所述姿态测量设备用于生成星敏辅助数据以及陀螺辅助数据；将添加了第一信道标识的星敏辅助数据以及添加了第二信道标识的陀螺辅助数据发送到数传分系统；所述数传分系统基于信道标识为各类辅助数据分配虚拟信道并处理各类辅助数据；
所述相机用于执行各个成像子任务，对每个成像子任务：生成图像数据、相机辅助数据以及平台辅助数据；将所述相机辅助数据以及平台辅助数据写入所述图像数据的头部，形成混合数据；将添加了第三信道标识的混合数据发送到数传分系统；所述数传分系统基于信道标识为所述混合数据分配虚拟信道并处理所述混合数据；
数据下发模块：配置为获取各个子任务处理后的混合数据，将各个处理后的混合数据及处理后的星敏辅助数据以及陀螺辅助数据打包下传给地面应用系统。
本发明还提供了一种基于高精高频姿态数据的卫星辅助数据生成系统，所述卫星辅助数据生成系统用于执行如前所述的卫星辅助数据生成方法，所述卫星辅助数据生成系统包括：
卫星上注模块：用于接收卫星成像任务对应的各个成像子任务的参数，并将所述各个成像子任务的参数转发至卫星任务调度模块；
卫星任务调度模块：用于进行星上任务冲突判决，进行星上任务调度，根据任务冲突判决结果和时序要求发送指令给卫星姿态机动模块、高精度高频姿态测量模块、相机成像机平台辅助数据组织模块、卫星图像与辅助数据复接模块；
卫星姿态机动模块：接收卫星任务调度模块发送的卫星姿态机动角度设置指令，使卫星按指令参数中规定的姿态角，进行姿态机动并进行姿态保持，使得相机视轴直接指向目标点；
高精度高频姿态测量模块：由星敏及陀螺进行高精度高频姿态测量，接收卫星任务调度模块的高速总线端口打开指令，并编排产生星敏辅助数据以及陀螺辅助数据；
相机成像机平台辅助数据组织模块：相机执行成像开机指令组，利用相机控制器接收平台辅助数据及相机辅助数据，并将所述平台辅助数据及相机辅助数据编排到图像数据的头部；根据卫星任务调度模块发送的相机成像开机指令进行多次成像。
卫星图像与辅助数据复接模块：用于接收卫星任务调度模块发送的成像任务执行指令，执行开机指令组，并建立数据记录状态；持续记录各个子任务的图像并对图像进行复接，接收图像数据、相机辅助数据、平台辅助数据、星敏辅助数据及陀螺辅助数据，按不同虚拟信道进行交替编排，并通过对地数传天线将图像数据、相机辅助数据、平台辅助数据、星敏辅助数据及陀螺辅助数据打包，将打包后的数据文件下传至地面应用模块。
本实施例中，不同模块之间指令和信息的传递由星上总线和星上通信协议完成。
进一步地，在地面配置有地面应用模块，所述地面应用模块，用于接收卫星图像与辅助数据复接模块打包下传的数据文件，并利用该数据文件进行子任务间图像的配准处理。
以上的具体实施例仅描述了本发明的设计原理，该描述中的部件形状，名称可以不同，不受限制。所以，本发明领域的技术人员可以对前述实施例记载的技术方案进行修改或等同替换；而这些修改和替换未脱离本发明创造宗旨和技术方案，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于高精高频姿态数据的卫星辅助数据生成方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：将卫星成像任务划分为多个成像子任务；
步骤S2：卫星任务调度模块分别触发姿态测量设备及相机；所述姿态测量设备用于生成星敏辅助数据以及陀螺辅助数据；将添加了第一信道标识的星敏辅助数据以及添加了第二信道标识的陀螺辅助数据发送到数传分系统；所述数传分系统基于信道标识为各类辅助数据分配虚拟信道并处理各类辅助数据；
所述相机用于执行各个成像子任务，对每个成像子任务：生成图像数据、相机辅助数据以及平台辅助数据；将所述相机辅助数据以及平台辅助数据写入所述图像数据的头部，形成混合数据；将添加了第三信道标识的混合数据发送到数传分系统；所述数传分系统基于信道标识为所述混合数据分配虚拟信道并处理所述混合数据；
步骤S3：获取各个子任务处理后的混合数据，将各个处理后的混合数据及处理后的星敏辅助数据以及陀螺辅助数据打包下传给地面应用系统。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述星敏辅助数据为星敏感器测量生成的原始四元数数据，所述陀螺辅助数据为陀螺测量生成的姿态角速度数据；所述相机辅助数据为相机成像参数信息，所述平台辅助数据为成像任务信息、器件温度信息。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2：卫星任务调度模块分别触发姿态测量设备及相机；所述姿态测量设备用于生成星敏辅助数据以及陀螺辅助数据，所述星敏辅助数据为星敏感器测量生成的原始四元数数据，所述陀螺辅助数据为陀螺测量生成的姿态角速度数据，包括：
步骤S21：所述卫星任务调度模块接收所述各个成像子任务的任务参数，卫星当前时刻为T，卫星姿态机动时间为τattitude1，相机成像准备时间为τcamera，数传分系统开机准备时间为τDataTrans,高精度星敏以及陀螺相对于最早执行的子任务Task1的成像时刻提前的测量时间τMearure1；若满足条件：T10-T＞τattitude1+τMearure1，且T10-T＞τcamera，且T10-T＞τDataTrans，其中，T10为第一个成像子任务的成像时刻；进入步骤S23；否则，所述卫星成像任务不可执行；
步骤S23：在T10-τmeasure1时刻，所述卫星任务调度模块触发姿态测量设备，所述姿态测量设备生成星敏辅助数据以及陀螺辅助数据。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2：所述相机用于执行各个成像子任务，对每个成像子任务：生成图像数据、相机辅助数据以及平台辅助数据；将所述相机辅助数据以及平台辅助数据写入所述图像数据的头部，形成混合数据；将添加了第三信道标识的混合数据发送到数传分系统；所述数传分系统基于信道标识为所述混合数据分配虚拟信道并处理所述混合数据，包括：
步骤S24：所述卫星任务调度模块在T10-τcamera时刻，发送成像任务执行指令给相机控制器，相机执行成像开机指令组，其中，T10为第一个成像子任务的成像时刻；初始化i为1；
步骤S25：若i>N，所述卫星成像任务完成，方法结束；否则，进入步骤S26；
步骤S26：若所述卫星成像任务为拼幅或多角度成像，则进行卫星姿态机动并指向下一成像区域，进入步骤S27；
步骤S27：相机执行成像子任务Taski以生成图像Ii，同时生成成像期间的相机辅助数据以及平台辅助数据；所述相机辅助数据为相机成像参数，所述平台辅助数据为成像任务信息、器件温度信息；
步骤S28：将添加了第三信道标识的混合数据通过数传接口发送到数传分系统；所述数传分系统基于信道标识为所述混合数据分配虚拟信道并由数传分系统数据处理器处理所述混合数据；将i赋值为i+1，进入步骤S25。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤S23之前，还包括：
步骤S22：所述卫星任务调度模块在T10-τattitude1-τMearure1时刻，发送姿态机动执行指令给控制计算机,卫星进行姿态机动并进行姿态保持；
所述卫星任务调度模块在T10-τDataTrans时刻，发送数传开指向指令给数传控制器，数传分系统执行开机指令组。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S3：获取各个子任务处理后的混合数据，将各个处理后的混合数据及处理后的星敏辅助数据以及陀螺辅助数据打包下传给地面应用系统，包括：
步骤S31：在TN0+tN+τmeasureN时刻，卫星高速总线端口关闭，所述数传分系统停止接收各类型辅助数据；其中，tN为第N个成像子任务的相机成像时长，τmeasureN为星敏及陀螺部件在全部成像子任务结束后延长的测量记录时间，TN0为第N个成像子任务的成像时刻；
步骤S32：所述数传分系统将各个处理后的混合数据及处理后的星敏辅助数据以及陀螺辅助数据打包为一个数据文件，通过对地输数传通道下传给地面应用系统；
步骤S33：所述地面应用系统基于信道标识解析数据，并利用卫星生成的星敏辅助数据及陀螺辅助数据对各个子任务生成的图像数据进行配准关联。
7.一种基于高精高频姿态数据的卫星辅助数据生成装置，其特征在于，所述装置包括：
子任务划分模块：配置为将卫星成像任务划分为多个成像子任务；
辅助数据生成模块：配置为卫星任务调度模块分别触发姿态测量设备及相机；所述姿态测量设备用于生成星敏辅助数据以及陀螺辅助数据；将添加了第一信道标识的星敏辅助数据以及添加了第二信道标识的陀螺辅助数据发送到数传分系统；所述数传分系统基于信道标识为各类辅助数据分配虚拟信道并处理各类辅助数据；
所述相机用于执行各个成像子任务，对每个成像子任务：生成图像数据、相机辅助数据以及平台辅助数据；将所述相机辅助数据以及平台辅助数据写入所述图像数据的头部，形成混合数据；将添加了第三信道标识的混合数据发送到数传分系统；所述数传分系统基于信道标识为所述混合数据分配虚拟信道并处理所述混合数据；
数据下发模块：配置为获取各个子任务处理后的混合数据，将各个处理后的混合数据及处理后的星敏辅助数据以及陀螺辅助数据打包下传给地面应用系统。
8.一种基于高精高频姿态数据的卫星辅助数据生成系统，所述卫星辅助数据生成系统用于执行如权利要求1-6中任一项所述的卫星辅助数据生成方法，所述卫星辅助数据生成系统包括：
卫星上注模块：用于接收卫星成像任务对应的各个成像子任务的参数，并将所述各个成像子任务的参数转发至卫星任务调度模块；
卫星任务调度模块：用于进行星上任务冲突判决，进行星上任务调度，根据任务冲突判决结果和时序要求发送指令给卫星姿态机动模块、高精度高频姿态测量模块、相机成像机平台辅助数据组织模块、卫星图像与辅助数据复接模块；
卫星姿态机动模块：接收卫星任务调度模块发送的卫星姿态机动角度设置指令，使卫星按指令参数中规定的姿态角，进行姿态机动并进行姿态保持，使得相机视轴直接指向目标点；
高精度高频姿态测量模块：由星敏及陀螺进行高精度高频姿态测量，接收卫星任务调度模块的高速总线端口打开指令，并编排产生星敏辅助数据以及陀螺辅助数据；
相机成像机平台辅助数据组织模块：相机执行成像开机指令组，利用相机控制器接收由平台辅助数据及相机辅助数据，并将所述平台辅助数据及相机辅助数据编排到图像数据的头部；根据卫星任务调度模块发送的相机成像开机指令进行多次成像；
卫星图像与辅助数据复接模块：用于接收卫星任务调度模块发送的成像任务执行指令，执行开机指令组，并建立数据记录状态；持续记录各个子任务的图像并对图像进行复接，接收图像数据、相机辅助数据、平台辅助数据、星敏辅助数据及陀螺辅助数据，按不同虚拟信道进行交替编排，并通过对地数传天线将图像数据、相机辅助数据、平台辅助数据、星敏辅助数据及陀螺辅助数据打包，将打包后的数据文件下传至地面应用模块。
9.一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有多条指令；所述多条指令，用于由处理器加载并执行如权利要求1-6中任一项所述方法。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备，包括：
处理器，用于执行多条指令；
存储器，用于存储多条指令；
其中，所述多条指令，用于由所述存储器存储，并由所述处理器加载并执行如权利要求1-6中任一项所述方法。
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