敏捷衛(wèi)星同軌多條帶拼幅成像模式研究

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1、第24卷第2期航天器工程V01．24No．21里!!笙!旦蘭里壘堡蘭墾墾壘至!墾塑魚!墮蘭蘭墾!型魚；!敏捷衛(wèi)星同軌多條帶拼幅成像模式研究余婧1喜進(1北京空間飛行器總體設(shè)計部，北京軍2于龍江1蔣方華2100094)(2清華大學航天航空學院，北京100084)摘要針對長寬均明顯大于相機幅寬的區(qū)域目標的成像觀測，文章建立了敏捷衛(wèi)星同軌多條帶拼幅成像工作模式。對區(qū)域目標的劃分，用相機視場角隨衛(wèi)星姿態(tài)機動掃描將區(qū)域分割成多個條帶，使得劃分的條帶能夠完全覆蓋目標區(qū)域，并保證相鄰條帶之間足夠的重疊寬度。對區(qū)域劃分后得到的條帶，分析了可行的觀測序列，建立了成像起始時刻優(yōu)化模型，采用序列二次規(guī)劃方法對

2、該模型進行求解。關(guān)鍵詞敏捷衛(wèi)星；同軌拼幅；區(qū)域劃分；任務(wù)規(guī)劃；序列二次規(guī)劃中圖分類號：TP79文獻標志碼：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2015．02．005StudyofOne-orbitMulti—stripesSplicingImagingforAgileSatelliteYUJin91XIJingjun2YULongjian91JIANGFanghua2(1BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)(2SchoolofAerospace，TsinghuaUniv

3、ersity，Beijing100084，China)Abstract：Forimagingofareatargetwhoselengthandwidtharebothgreaterthanthephotogra—phywidth，thispaperproposesone—orbitmulti—stripessplicingimagingforagilesatellite．Forthepartitionofareatarget，thepartitionalgorithmbasedoncamerafieldofviewangleisdesignedtOdividetheareatarget

4、intodifferentstrips，andacertainoverlapwidthbetweenadjacentstripesisensured．Thenthefeasibleobservationsequencesareanalyzedandthestartimagingtimeoptimi—zationmodelisbuilt．Forthesolutionoftheoptimizationmodel，thesequentialquadraticpro—grammingalgorithmisused．Keywords：agilesatellite；one—orbitmulti—st

5、ripessplicingimaging；areapartition；missionplan—ning：sequentialquadraticprogramming1引言敏捷衛(wèi)星是指能夠在短時間內(nèi)實現(xiàn)大角度快速機動的衛(wèi)星，利用其快速姿態(tài)機動能力，能夠迅速改變星上相機對地指向，實現(xiàn)對地面目標的高效、靈活的觀測，敏捷是其最形象的表述。鑒于成像的靈活性與高效性，敏捷衛(wèi)星已成為當今遙感衛(wèi)星的重要發(fā)展方向，世界不少國家已成功發(fā)射或正在研究敏捷衛(wèi)星。比較典型的有美國的艾科諾斯(Ikonos)系列、世界觀測衛(wèi)星(Worldview)系列，法國的昴宿星(Pleiades)系列等，國內(nèi)目前已開展相關(guān)研究工

6、作。敏捷衛(wèi)星可沿三軸進行轉(zhuǎn)動，具有快速調(diào)姿能收稿日期：2014—11—19：修回日期：2015—02—12基金項目：國家重大航天工程作者簡介：余婧，女，工程師，從事航天器總體設(shè)計和載荷類研究工作。Email：yuj421@grnail．corn。航天器工程24卷力，基于其優(yōu)異的姿態(tài)機動性能，敏捷衛(wèi)星可以實現(xiàn)多種新型的成像工作模式，如同軌多點目標成像、同軌多條帶拼幅成像、同軌多角度成像等。其中同軌多條帶拼幅成像是指衛(wèi)星通過快速姿態(tài)機動來調(diào)整相機指向，對區(qū)域目標連續(xù)進行多次掃描成像以實現(xiàn)對區(qū)域的完全覆蓋。對于寬度與長度明顯大于相機成像幅寬的區(qū)域目標，常規(guī)衛(wèi)星星上相機一次掃描不能完成對區(qū)域目標

7、的完全覆蓋成像，因此需要將區(qū)域目標分解為多個可觀測的條帶，并利用敏捷衛(wèi)星的強機動能力，實現(xiàn)對一較大區(qū)域的快速成像。國內(nèi)外均針對這種拼幅成像工作模式進行了大量的研究。對于區(qū)域目標的成像觀測問題，一般將其分解為區(qū)域目標劃分與同軌拼幅成像任務(wù)規(guī)劃兩個子問題。針對區(qū)域目標的劃分，Lemaitre[11將不規(guī)則的多邊形區(qū)域目標分割成了相互平行的矩形長條帶，分解時需確定條帶的方向與偏移量，對于不同的條帶，其寬度是相等的，但長度是不固定的。文獻[