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(jìn)(1北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京軍2于龍江1蔣方華2100094)(2清華大學(xué)航天航空學(xué)院，北京100084)摘要針對(duì)長(zhǎng)寬均明顯大于相機(jī)幅寬的區(qū)域目標(biāo)的成像觀測(cè)，文章建立了敏捷衛(wèi)星同軌多條帶拼幅成像工作模式。對(duì)區(qū)域目標(biāo)的劃分，用相機(jī)視場(chǎng)角隨衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)掃描將區(qū)域分割成多個(gè)條帶，使得劃分的條帶能夠完全覆蓋目標(biāo)區(qū)域，并保證相鄰條帶之間足夠的重疊寬度。對(duì)區(qū)域劃分后得到的條帶，分析了可行的觀測(cè)序列，建立了成像起始時(shí)刻優(yōu)化模型，采用序列二次規(guī)劃方法對(duì)

2、該模型進(jìn)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(hào)：TP79文獻(xiàn)標(biāo)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(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大角度快速機(jī)動(dòng)的衛(wèi)星，利用其快速姿態(tài)機(jī)動(dòng)能力，能夠迅速改變星上相機(jī)對(duì)地指向，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面目標(biāo)的高效、靈活的觀測(cè)，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(dāng)今遙感衛(wèi)星的重要發(fā)展方向，世界不少國(guó)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(guó)的艾科諾斯(Ikonos)系列、世界觀測(cè)衛(wèi)星(Worldview)系列，法國(guó)的昴宿星(Pleiades)系列等，國(guó)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(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，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(xiàng)目：國(guó)家重大航天工程作者簡(jiǎn)介：余婧，女，工程師，從事航天器總體設(shè)計(jì)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(jī)動(dòng)性能，敏捷衛(wèi)星可以實(shí)現(xiàn)多種新型的成像工作模式，如同軌多點(diǎn)目標(biāo)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(jī)動(dòng)來調(diào)整相機(jī)指向，對(duì)區(qū)域目標(biāo)連續(xù)進(jìn)行多次掃描成像以實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域的完全覆蓋。對(duì)于寬度與長(zhǎng)度明顯大于相機(jī)成像幅寬的區(qū)域目標(biāo)，常規(guī)衛(wèi)星星上相機(jī)一次掃描不能完成對(duì)區(qū)域目標(biāo)

7、的完全覆蓋成像，因此需要將區(qū)域目標(biāo)分解為多個(gè)可觀測(cè)的條帶，并利用敏捷衛(wèi)星的強(qiáng)機(jī)動(dòng)能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)一較大區(qū)域的快速成像。國(guó)內(nèi)外均針對(duì)這種拼幅成像工作模式進(jìn)行了大量的研究。對(duì)于區(qū)域目標(biāo)的成像觀測(cè)問題，一般將其分解為區(qū)域目標(biāo)劃分與同軌拼幅成像任務(wù)規(guī)劃兩個(gè)子問題。針對(duì)區(qū)域目標(biāo)的劃分，Lemaitre[11將不規(guī)則的多邊形區(qū)域目標(biāo)分割成了相互平行的矩形長(zhǎng)條帶，分解時(shí)需確定條帶的方向與偏移量，對(duì)于不同的條帶，其寬度是相等的，但長(zhǎng)度是不固定的。文獻(xiàn)[