对地观测卫星访问区域目标时间窗口快速算法.pdf

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1、2010年第3期上海航天AEROSPACESHANGHAI文章编号：1006—1630(2010)03—0001—05对地观测卫星访问区域目标时间窗口快速算法李冬，唐容富，易东云(国防科学技术大学理学院，湖南长沙410073)摘要：为减少对地观测卫星访问区域目标时间窗口的计算，根据建立的卫星对区域目标的观测模型，提出了卫星观测区域目标时问窗口的大固近似快速算法，给出了算法具体步骤。仿真算例结果表明：时间窗口起点误差小于0．5s，时间窗口长度误差小于0．723％，计算时间减少了99．87％．关键词：对地观测卫星；区域目标；时间窗口；快速算法；可视扩展区域；轨道过滤中图分类号：TP3

2、91．9文献标示码：ATheFastAlgorithmforTimeWindowsofAreaTargetObservationUsingEarthObservationSatellitesLIDong，TANGRong-fu，YIDong—yun(CollegeofScience，NUDT，ChangshaHunan410073，China)Abstract：Toreducethecalculationofthetimewindowsofareatargetobservationforearthobservationsatellites，thefastalgorithmwasp

3、roposedtoestimatethetimewindowsaccordingtothemodelofareatargetobservationbysatellitesestablishedusingthecirclelocallyapproximationtothegroundtraceinthispaper．Thedetailsofthealgorithmweregivenout．Thesimulationresultsshowedthatthetimeinstanterrorsofentry-accessweresmallerthan0．5s，theperioderror

4、softhetimewindowswerelessthan0．723％，andthecomputationtimewasdecreased99．87％overtheclassicalpropagationmethod．Keywords：EarthobservationsatellitelAreatarget；Timewindows；Fastalgorithm；Visibleextendablearea；Orbitfiltering0引言对地观测卫星是应用广泛的一类卫星，它通过星载传感器对地面目标进行观测。区域目标是一类重要的地面目标，通常为多边形或封闭曲线包含的大范围区域，不能被

5、星载传感器的1个瞬时视场或1个扫描条带覆盖。将卫星在传感器视场约束下能观测到区域目标的时间区段称为时间窗口，它是卫星任务规划与调度的时间约束条件。由于直接建模计算时间窗口十分困难，用户多通过STK软件与客户端程序接口编程调用计算时间窗口，这样增大了客户软件对STK的依赖性[1~4]。收稿日期：2008—09-081修回日期：2008—11—17基金项目：航天支撑授术基金项目(2006一HT．GFKD)作者简介：李冬(1983～)，男，硕士生，主要研究方向为系统分析与集成、多卫星系统综合。跟踪传播法是计算卫星观测地面目标时间窗口的一个传统方法。它采用对卫星轨道连续跟踪采样逐次判断各

6、采样点处卫星对目标的可观测性的方式计算时间窗口。但对地观测卫星大多为低地球轨道(LEO)卫星，其瞬时视场只能覆盖地球表面很小的区域，因此卫星能观测到区域目标的运动周期的比例小，通过全程跟踪卫星轨道计算时间窗口的传统方法并不经济。文献E53提出了计算地面站与二体轨道LEO卫星链接时间窗口的真近点角迭代算法，避免求解开普勒方程，大幅减少了计算量；文献[6、7]提出了一种LEO卫星的过顶和成像时间的快速预报算法，先用粗搜索初步计算过顶与成像时间，再由精确搜索提高预报精度。这些算法虽有较高的精度和较快的速度，但不能计算区域目标的访问时间窗口。为此，本文研究了一种卫星对区域目标观测时上海航

7、天2AEROSPACESHANGHAI2010年第3期间窗【l的快速算法。1理论分析本文采用凸多边形定义区域目标，其边界是过多边形的相邻两个顶点的大圆弧，如图1所示。图2中：A，B，C，D为区域目标的顶点；大圆弧AB，BC，CD，DA为区域目标的边界；圆锥视场为轴线指向地心的圆锥体，其半顶角为臼；矩形视场为轴线指向地心的四棱锥，前视角为a，偏航角为p。图1区域目标及可视扩展区域Fig．1Areatargetandextendedvisiblearea图2圆锥视场与矩形视场Fig．