天问一号星下点太阳高度角在轨实时计算方法

摘要

由于太阳高度角和地面景物反射率等条件的变化,天问一号火星环绕器光学成像载荷在轨工作期间入瞳辐亮度变化范围很大,为了达到最佳的成像效果,需要光学成像载荷具备在轨自适应调整增益的能力。太阳高度角是设置时间延时积分电荷耦合器件积分级数的重要参数之一,积分级数是调整增益需要调整的主要参数。针对在轨工作期间太阳高度角实时变化、星历表文件较大等问题,本文提出一种基于傅里叶拟合的火星环绕器星下点太阳高度角在轨实时计算方法。首先,基于最小二乘原理采用8阶傅里叶逼近对火星惯性坐标系下太阳矢量的x,y,z坐标进行拟合,获得以时间作为变量的拟合方程。其次,根据制导、导航与控制系统发送的轨道参数获得火星惯性坐标系下环绕器的实时坐标。最后,基于夹角余弦公式即可在轨实时计算星下点太阳高度角。实验结果表明,在协调世界时2021-01-01 00:00:00至2024-01-01 00:00:00期间,采用本文方法获得的星下点太阳高度角实时计算结果最大绝对误差小于0.3°。满足天问一号高分辨率相机时间延时积分电荷耦合器件积分级数设置对太阳高度角计算结果的精度要求。基于该方法,天问一号高分辨率相机获取的火星影像细节丰富,亮度、对比度合理。