高轨凝视卫星基于AIS数据的海洋图像几何精校正方法

针对高轨凝视卫星存在难以选取地面控制点从而在一定程度上影响卫星性能发挥的问题,文章将连续成像的凝视卫星与船舶自动识别系统(AIS)数据有机结合起来,充分利用AIS数据定位精度高、更新频次快、与高轨凝视卫星配准性好的特点,将船舶AIS数据作为控制点对海洋区域进行几何精校正。根据海洋较地面平坦的特点,基于多项式校正法,设计了两种针对高轨凝视卫星的遥感图像校正策略,并利用高分四号卫星和商用AIS数据进行了验证比对,给出了应用建议。分析结果表明:采用AIS数据可有效提升高轨凝视卫星海洋遥感图像定位精度,可为高轨凝视卫星影像快速几何精校正策略设计提供参考。

低轨对地凝视卫星姿态控制

研究了低轨航天器执行对地观测任务时对地凝视观测的姿态控制。根据刚体动力学导出基于误差四元数和误差角速度的动力学与运动学方程,设计了一变结构控制律。仿真结果表明:在对地凝视的姿态控制过程中,设计的控制方法响应速度快于传统控制方法,对卫星转动惯量摄动及外部干扰的鲁棒性较佳。

视频小卫星凝视姿态跟踪的仿真与实验

对视频卫星实现对地凝视成像时的数学模型、姿态跟踪控制器设计和全物理仿真进行了研究。首先,根据卫星轨道运动与姿态运动相关理论,推导了对地凝视时视频小卫星相对轨道坐标系的期望四元数和期望姿态角速度的变化规律。设计了基于误差四元数和误差姿态角速度的PD控制器,并采用李雅普诺夫稳定性理论证明了所设计控制器的稳定性。然后,以在曝光时间内的面阵CCD成像偏差不超过0.3pixel为要求,给出了姿态角控制精度和姿态角速度控制精度的最小极限值。最后,在设计的基于小型三轴气浮台的小卫星姿态控制系统全物理仿真平台上对视频小卫星凝视摄像进行了仿真验证。实验结果表明,小型三轴气浮台的姿态角控制精度优于0.1°,姿态角速度控制精度优于0.01(°)/s,基本满足视频小卫星凝视时面阵CCD高质量成像的要求。

敏捷凝视卫星密集点目标聚类与最优观测规划

针对敏捷凝视卫星密集点目标观测规划问题,提出一种快速观测任务聚类策略和启发式蚁群优化算法.首先,针对敏捷凝视卫星视场范围特点,提出基于顶点度的团划分算法,解决密集点观测任务聚类问题,形成系列团观测目标,有效提高观测效率;其次,为得到最优团目标观测序列,考虑目标可见时间窗口约束以及卫星敏捷机动能力约束,构建基于多目标观测收益和姿态机动能耗的性能指标,实现能量高效的任务规划;再次,为克服传统蚁群算法易陷入局部极小值和收敛较慢的缺点,设计一种同时考虑目标点优先级、目标可见时间窗口、目标之间卫星姿态转换时间等因素的启发式蚁群算法;最后,选取大规模密集地面目标验证所提出算法的可行性和高效性.