载荷对月扫描标定方法、装置、电子设备及存储介质与流程

1.本发明实施例涉及卫星姿态控制技术领域，特别涉及一种载荷对月扫描标定方法、装置、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.目前，卫星载荷具有对月扫描进行标定的需求，现有方法中一般是由地面进行对月扫描路径规划，但是，扫描过程中容易受到阳光影响，造成扫描结果有效性较差。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供了一种载荷对月扫描标定方法、装置、电子设备及存储介质，能够在阳光规避情况下实现载荷的对月扫描。
4.第一方面，本发明实施例提供了一种载荷对月扫描标定方法，包括：
5.确定标定时的扫描角速度、扫描轴和扫描总时长；
6.根据卫星轨道、太阳星历和月亮星历，确定对月扫描起始惯性姿态四元数和起始扫描时刻，以使载荷在绕所述扫描轴转动对月扫描所述扫描总时长的过程中卫星处于阳光规避状态；
7.根据所述起始惯性姿态四元数和所述起始扫描时刻，确定卫星姿态机动起始时刻，以使卫星在所述姿态机动起始时刻开始阻尼姿态角速度，然后机动至所述起始惯性姿态四元数，接下来建立所述扫描角速度，最后进行对月扫描。
8.第二方面，本发明实施例还提供了一种载荷对月扫描标定装置，包括：
9.扫描要求确定单元，用于确定标定时的扫描角速度、扫描轴和扫描总时长；
10.起始扫描确定单元，用于根据卫星轨道、太阳星历和月亮星历，确定对月扫描起始惯性姿态四元数和起始扫描时刻，以使载荷在绕所述扫描轴转动对月扫描所述扫描总时长的过程中卫星处于阳光规避状态；
11.机动起始确定单元，用于根据所述起始惯性姿态四元数和所述起始扫描时刻，确定卫星姿态机动起始时刻，以使卫星在所述姿态机动起始时刻开始阻尼姿态角速度，然后机动至所述起始惯性姿态四元数，接下来建立所述扫描角速度，最后进行对月扫描。
12.第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本说明书任一实施例所述的方法。
13.第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行本说明书任一实施例所述的方法。
14.本发明实施例提供了一种载荷对月扫描标定方法、装置、电子设备及存储介质，通过结合卫星轨道、太阳星历和月亮星历信息，来确定起始扫描时刻，进而确定卫星姿态机动起始时刻，使得卫星在姿态机动起始时刻进行机动，以能够在起始扫描时刻达到可对月扫
描的扫描条件，从而可以保证对月扫描过程处于阳光规避状态，以减少阳光对扫描过程的影响，提高扫描结果的有效性。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1是本发明一实施例提供的一种载荷对月扫描标定方法流程图；
17.图2是本发明一实施例提供的一种电子设备的硬件架构图；
18.图3是本发明一实施例提供的一种载荷对月扫描标定装置结构图。
具体实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.请参考图1，本发明实施例提供了一种载荷对月扫描标定方法，该方法包括：
21.步骤100，确定标定时的扫描角速度、扫描轴和扫描总时长；
22.步骤102，根据卫星轨道、太阳星历和月亮星历，确定对月扫描起始惯性姿态四元数和起始扫描时刻，以使载荷在绕所述扫描轴转动对月扫描所述扫描总时长的过程中卫星处于阳光规避状态；
23.步骤104，根据所述起始惯性姿态四元数和所述起始扫描时刻，确定卫星姿态机动起始时刻，以使卫星在所述姿态机动起始时刻开始阻尼姿态角速度，然后机动至所述起始惯性姿态四元数，接下来建立所述扫描角速度，最后进行对月扫描。
24.本发明实施例中，通过结合卫星轨道、太阳星历和月亮星历信息，来确定起始扫描时刻，进而确定卫星姿态机动起始时刻，使得卫星在姿态机动起始时刻进行机动，以能够在起始扫描时刻达到可对月扫描的扫描条件，从而可以保证对月扫描过程处于阳光规避状态，以减少阳光对扫描过程的影响，提高扫描结果的有效性。
25.下面描述图1所示的各个步骤的执行方式。
26.首先，针对步骤100，确定标定时的扫描角速度、扫描轴和扫描总时长。
27.本发明实施例中，卫星上安装的载荷在对月扫描时，需要按照设定的扫描角速度进行扫描，且需要提前确定扫描轴以及扫描总时长，该扫描总时长能够满足载荷从月球的一侧扫描至月球另一侧(180度)。
28.举例来说，卫星上安装的载荷为相机，相机夹角为38度，考虑相机对地常用积分时间为全色0.5ms，可以确定扫描角速度wscan为0.7deg/s，扫描总时长t为54s，图像无畸变，假设扫描轴为本体坐标系中的y轴。
29.然后，针对步骤102，根据卫星轨道、太阳星历和月亮星历，确定对月扫描起始惯性姿态四元数和起始扫描时刻，以使载荷在绕所述扫描轴转动对月扫描所述扫描总时长的过
程中卫星处于阳光规避状态。
30.本发明实施例中，标定起始扫描时刻是为了保证整个对月扫描过程能够使得卫星处在阳光规避状态。本发明实施例中，至少可以通过如下两种情况来实现阳光规避，以根据如下两种情况确定起始扫描时刻：
31.第一种情况：整个对月扫描过程卫星处在地影区；
32.第二种情况：未处在地影区，需保证载荷扫描月球的方向与太阳光照形成夹角，避免阳光直射。
33.根据上述两种情况，在确定起始扫描时刻时，可以包括：
34.根据所述扫描总时长、卫星轨道、太阳星历和月亮星历，确定是否存在可完成对月扫描过程的地影区；若存在，则属于第一种情况，则根据所述扫描总时长和地影区时间范围，确定起始扫描时刻；若不存在，则属于第二种情况，则确定目标矢量夹角在设定范围内的弧段时间范围，根据所述扫描总时长和所述弧段时间范围确定起始扫描时刻；所述目标矢量夹角为卫星指向月亮和卫星指向太阳的夹角。
35.本发明实施例中，卫星在卫星轨道上绕地航行过程中，可能会存在地影区，即卫星在卫星轨道上处于黑暗状态的弧段，该地影区可以根据卫星轨道和太阳星历来确定。可以理解，卫星处在地影区内对月扫描时，由于处于黑暗状态，因此扫描过程不受太阳光照影响，能够实现阳光规避。进一步地，卫星处在地影区虽然可以实现阳光规避，但是需要保证能够实现对月扫描，因此，本发明实施例中，需要确定是否存在可完成对月扫描过程的地影区。
36.具体地，在确定是否存在可完成对月扫描过程的地影区时，可以先判断是否存在地影区，若存在地影区，则根据卫星轨道和月亮星历确定该地影区内是否可实现对月扫描，若可实现对月扫描，则进一步根据扫描总时长确定该地影区是否可完成对月扫描过程，若是，则确定存在可完成对月扫描过程的地影区。
37.当存在可完成对月扫描过程的地影区时，基于地影区时间范围和扫描总时长，将起始扫描时刻确定为位于地影区时间范围的起始端点至中间值之间的任意一个时间点上，该中间值为地影区时间范围的终止端点与扫描总时长之差。
38.当不存在可完成对月扫描过程的地影区时，为避免对月扫描过程的阳光直射，则选择卫星指向月亮和卫星指向太阳的矢量夹角在设定范围内进行载荷对月扫描的标定。标定的起始扫描时刻为可满足上述设定范围的任意一个时刻。
39.优选地，该设定范围为30-150度。
40.在本发明实施例中，为了保证整个对月扫描过程能够实现阳光规避，还需要确定起始惯性姿态四元数qstart，使得载荷绕扫描轴转动实现对月扫描过程中能够处于阳光规避状态。
41.举例来说，确定的起始惯性姿态四元数qstart＝[-0.652661347479918，-0.255529742147，0.310708162310108，0.642026599338268]和起始扫描时刻tstart＝15000。
[0042]
最后针对步骤104，根据所述起始惯性姿态四元数和所述起始扫描时刻，确定卫星姿态机动起始时刻，以使卫星在所述姿态机动起始时刻开始阻尼姿态角速度，然后机动至所述起始惯性姿态四元数，接下来建立所述扫描角速度，最后进行对月扫描。
[0043]
为了保证能够在起始扫描时刻达到标定的扫描角速度以及实现起始惯性姿态四元数，则需要提前进行卫星姿态机动。因此需要确定卫星姿态机动起始时刻。具体地，卫星在扫描之前需要完成阻尼过程(将姿态角速度阻尼下来)、机动过程(将卫星机动至起始惯性姿态四元数)和扫描角速度建立过程(将载荷设置达到扫描角速度)，因此，从该卫星姿态机动起始时刻至起始扫描时刻之间，能够完成上述过程。
[0044]
本发明实施例中，由于卫星的机动能力不同，其完成上述过程的所需时长不同，具体地，可以根据卫星的机动能力，确定卫星阻尼姿态角速度的阻尼时长、机动至所述起始惯性姿态四元数的机动时长、建立所述扫描角速度的建立时长；根据所述阻尼时长、所述机动时长和所述建立时长之和以及所述起始扫描时刻，确定姿态机动起始时刻。比如，姿态机动起始时刻为tm＝9700。
[0045]
根据标定的姿态机动起始时刻、起始惯性姿态四元数、扫描角速度和起始扫描时刻，当到达tm时刻，卫星开始阻尼姿态角速度，然后机动至起始惯性姿态四元数，接下来建立扫描角速度，最后进行对月扫描。可见，对月扫描任务是按照“阻尼-机动-起速-扫描”四个步骤实现的。
[0046]
如图2、图3所示，本发明实施例提供了一种载荷对月扫描标定装置。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。从硬件层面而言，如图2所示，为本发明实施例提供的一种载荷对月扫描标定装置所在电子设备的一种硬件架构图，除了图2所示的处理器、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的电子设备通常还可以包括其他硬件，如负责处理报文的转发芯片等等。以软件实现为例，如图3所示，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在电子设备的cpu将非易失性存储器中对应的计算机程序读取到内存中运行形成的。本实施例提供的一种载荷对月扫描标定装置，包括：
[0047]
扫描要求确定单元301，用于确定标定时的扫描角速度、扫描轴和扫描总时长；
[0048]
起始扫描确定单元302，用于根据卫星轨道、太阳星历和月亮星历，确定对月扫描起始惯性姿态四元数和起始扫描时刻，以使载荷在绕所述扫描轴转动对月扫描所述扫描总时长的过程中卫星处于阳光规避状态；
[0049]
机动起始确定单元303，用于根据所述起始惯性姿态四元数和所述起始扫描时刻，确定卫星姿态机动起始时刻，以使卫星在所述姿态机动起始时刻开始阻尼姿态角速度，然后机动至所述起始惯性姿态四元数，接下来建立所述扫描角速度，最后进行对月扫描。
[0050]
在本发明一个实施例中，所述起始扫描确定单元在确定起始扫描时刻时，具体包括：根据所述扫描总时长、卫星轨道、太阳星历和月亮星历，确定是否存在可完成对月扫描过程的地影区；若存在，则根据所述扫描总时长和地影区时间范围，确定起始扫描时刻；若不存在，则确定目标矢量夹角在设定范围内的弧段时间范围，根据所述扫描总时长和所述弧段时间范围确定起始扫描时刻；所述目标矢量夹角为卫星指向月亮和卫星指向太阳的夹角。
[0051]
在本发明一个实施例中，所述设定范围为30-150度。
[0052]
在本发明一个实施例中，所述机动起始确定单元在确定卫星姿态机动起始时刻时，具体包括：
[0053]
根据卫星的机动能力，确定卫星阻尼姿态角速度的阻尼时长、机动至所述起始惯
性姿态四元数的机动时长、建立所述扫描角速度的建立时长；根据所述阻尼时长、所述机动时长和所述建立时长之和以及所述起始扫描时刻，确定姿态机动起始时刻。
[0054]
可以理解的是，本发明实施例示意的结构并不构成对一种载荷对月扫描标定装置的具体限定。在本发明的另一些实施例中，一种载荷对月扫描标定装置可以包括比图示更多或者更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件、软件或者软件和硬件的组合来实现。
[0055]
上述装置内的各模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
[0056]
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本发明任一实施例中的一种载荷对月扫描标定方法。
[0057]
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例中的一种载荷对月扫描标定方法。
[0058]
具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或cpu或mpu)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。
[0059]
在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。
[0060]
用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如cd-rom、cd-r、cd-rw、dvd-rom、dvd-ram、dvd-rw、dvd+rw)、磁带、非易失性存储卡和rom。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。
[0061]
此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。
[0062]
此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展模块中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展模块上的cpu等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。
[0063]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
…”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
[0064]
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光
盘等各种可以存储程序代码的介质中。
[0065]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种载荷对月扫描标定方法，其特征在于，包括：确定标定时的扫描角速度、扫描轴和扫描总时长；根据卫星轨道、太阳星历和月亮星历，确定对月扫描起始惯性姿态四元数和起始扫描时刻，以使载荷在绕所述扫描轴转动对月扫描所述扫描总时长的过程中卫星处于阳光规避状态；根据所述起始惯性姿态四元数和所述起始扫描时刻，确定卫星姿态机动起始时刻，以使卫星在所述姿态机动起始时刻开始阻尼姿态角速度，然后机动至所述起始惯性姿态四元数，接下来建立所述扫描角速度，最后进行对月扫描。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述起始扫描时刻的确定方式为：根据所述扫描总时长、卫星轨道、太阳星历和月亮星历，确定是否存在可完成对月扫描过程的地影区；若存在，则根据所述扫描总时长和地影区时间范围，确定起始扫描时刻；若不存在，则确定目标矢量夹角在设定范围内的弧段时间范围，根据所述扫描总时长和所述弧段时间范围确定起始扫描时刻；所述目标矢量夹角为卫星指向月亮和卫星指向太阳的夹角。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述设定范围为30-150度。4.根据权利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于，所述确定卫星姿态机动起始时刻，包括：根据卫星的机动能力，确定卫星阻尼姿态角速度的阻尼时长、机动至所述起始惯性姿态四元数的机动时长、建立所述扫描角速度的建立时长；根据所述阻尼时长、所述机动时长和所述建立时长之和以及所述起始扫描时刻，确定姿态机动起始时刻。5.一种载荷对月扫描标定装置，其特征在于，包括：扫描要求确定单元，用于确定标定时的扫描角速度、扫描轴和扫描总时长；起始扫描确定单元，用于根据卫星轨道、太阳星历和月亮星历，确定对月扫描起始惯性姿态四元数和起始扫描时刻，以使载荷在绕所述扫描轴转动对月扫描所述扫描总时长的过程中卫星处于阳光规避状态；机动起始确定单元，用于根据所述起始惯性姿态四元数和所述起始扫描时刻，确定卫星姿态机动起始时刻，以使卫星在所述姿态机动起始时刻开始阻尼姿态角速度，然后机动至所述起始惯性姿态四元数，接下来建立所述扫描角速度，最后进行对月扫描。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述起始扫描确定单元在确定起始扫描时刻时，具体包括：根据所述扫描总时长、卫星轨道、太阳星历和月亮星历，确定是否存在可完成对月扫描过程的地影区；若存在，则根据所述扫描总时长和地影区时间范围，确定起始扫描时刻；若不存在，则确定目标矢量夹角在设定范围内的弧段时间范围，根据所述扫描总时长和所述弧段时间范围确定起始扫描时刻；所述目标矢量夹角为卫星指向月亮和卫星指向太阳的夹角。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述设定范围为30-150度。8.根据权利要求5-7中任一所述的装置，其特征在于，所述机动起始确定单元在确定卫星姿态机动起始时刻时，具体包括：
根据卫星的机动能力，确定卫星阻尼姿态角速度的阻尼时长、机动至所述起始惯性姿态四元数的机动时长、建立所述扫描角速度的建立时长；根据所述阻尼时长、所述机动时长和所述建立时长之和以及所述起始扫描时刻，确定姿态机动起始时刻。9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-4中任一项所述的方法。10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行权利要求1-4中任一项所述的方法。

技术总结
本发明提供了一种载荷对月扫描标定方法、装置、电子设备及存储介质，其中方法包括：确定标定时的扫描角速度、扫描轴和扫描总时长；根据卫星轨道、太阳星历和月亮星历，确定对月扫描起始惯性姿态四元数和起始扫描时刻，以使载荷在绕所述扫描轴转动对月扫描所述扫描总时长的过程中卫星处于阳光规避状态；根据所述起始惯性姿态四元数和所述起始扫描时刻，确定卫星姿态机动起始时刻，以使卫星在所述姿态机动起始时刻开始阻尼姿态角速度，然后机动至所述起始惯性姿态四元数，接下来建立所述扫描角速度，最后进行对月扫描。本方案，能够在阳光规避情况下实现载荷的对月扫描。情况下实现载荷的对月扫描。情况下实现载荷的对月扫描。


技术研发人员：刘洁 雷冰瑶 乌日娜 张涛 刘彤 陈超 程莉 周剑敏 施海燕 刘忻
受保护的技术使用者：北京控制工程研究所
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/6/12