太阳同步轨道星敏感器遇月亮的预报方法

摘要

本发明公开太阳同步轨道星敏感器遇月亮的预报方法。该方法通过太阳、月亮及卫星轨道面三者关系图获得卫星轨道面与基准面的夹角以及星敏感器的安装方式获得中间变量，根据卫星轨道面与基准面的夹角和中间变量计算星敏感器在升交点光轴指向与基准面的夹角以及在降交点光轴指向与基准面的夹角，根据星敏感器在升交点光轴指向与基准面的夹角计算星敏感器在升交点处遇月亮的农历日以及根据在降交点光轴指向与基准面的夹角计算星敏感器在降交点处遇月亮的农历日。所以，本发明预报方法简单、结果具有规律性且便于理解和记忆。

说明书

技术领域

本发明涉及太阳同步轨道星敏感器视场遇月亮的预报方法。

背景技术

自人类发明卫星以来，太阳同步轨道卫星一直就是地球人造卫星中最庞大的家族。由于太阳同步轨道卫星轨道面与太阳矢量关系比较固定的特点，这类卫星往往拥有比较好的背阳面，给太阳同步轨道卫星的星敏感器利用提供了非常好的环境，加之星敏感器姿态精度高，所以星敏感器也是太阳同步轨道卫星最典型的姿态敏感器配置。

虽然太阳同步轨道卫星的星敏感器一般不会遇太阳，但是，月亮以月为周期的规律绕地球旋转，这样，一个月内，卫星星敏感器不可避免遇月亮，可能使星敏感器出无效数据，进而对卫星产生影响。这就需要星敏感器遇月亮的预报技术。

传统的星敏感器遇月亮的方式是建立精确的轨道和姿态动力学，其中含太阳、月球的运动模型，直接仿真得到月球矢量与星敏感器光轴夹角关系，对卫星星敏感器遇月亮做出预报，这种方式较为复杂，得出的结果也不具规律性，不便于理解和记忆。

发明内容

本发明解决的问题是现有星敏感器遇月亮的预报方法复杂、结果不具规律性、不便于理解和记忆的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种太阳同步轨道星敏感器遇月亮的预报方法，其特征是：该方法包括如下步骤：S1、对太阳、月亮及卫星轨道面进行建模而获得太阳、月亮及卫星轨道面三者关系图；S2、根据卫星降交点地方时在所述关系图中确定卫星轨道面与基准面的夹角，其中，表示小时、表示分钟、表示秒；S3、根据卫星的星敏感器的安装方式获得中间变量；S4、根据卫星轨道面与基准面的夹角和中间变量计算星敏感器在升交点光轴指向与基准面的夹角以及在降交点光轴指向与基准面的夹角，其中，、；S5、根据星敏感器在升交点光轴指向与基准面的夹角计算星敏感器在升交点处遇月亮的农历日以及根据在降交点光轴指向与基准面的夹角计算星敏感器在降交点处遇月亮的农历日。

在进一步方案中，对太阳、月亮及卫星轨道面进行建模时至少以如下前提：卫星降交点地方时不变；太阳、月亮绕地球运动，其轨迹与地球赤道平面重合；卫星轨道倾角为90°；月亮绕地球运行轨迹是正圆；星敏感器光轴±Z向偏转，或者，卫星降交点地方时不变；太阳、月亮绕地球运动，其轨迹与地球赤道平面重合；卫星轨道倾角为90°；月亮绕地球运行轨迹是正圆；星敏感器光轴向±X向偏转，将X轴的偏转分解至Z轴的偏转。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、误差小：本发明预报星敏感器遇月亮的误差小于1天；

2、本发明找出了星敏感器遇太阳的时间与中国传统农历的关系，得出的结果有助于预报时间的理解和记忆。而一般通过仿真得到的星敏感器遇月亮时间，不具有规律性，不便理解和记忆；

3、一般星敏感器遇月亮预报方法，需要进行复杂的轨道及姿态动力学建模，并且需要计算机协助才能完成；而本发明仅通过太阳同步轨道地方时，星敏感器安装信息，就可以手工计算出星敏感器遇月亮的时间，减少资源占用，提高预报效率。

附图说明

图1是太阳、月亮及地球关系的示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。

请参阅图1，本发明太阳同步轨道星敏感器遇月亮的预报方法包括如下步骤：

S1、对太阳、月亮及卫星轨道面进行建模而获得太阳、月亮及卫星轨道面三者关系图。在该步骤中，为了更能突显主要因素，将一些对预报精度较小的因素进行简化处理：主要有如下几项：第一：卫星降交点地方时不变（实际上太阳同步轨道降交点地方时是缓慢变化的）；第二：太阳、月亮绕地球运动，其轨迹与地球赤道平面重合；第三：卫星轨道倾角为90°；（太阳同步轨道卫星一般在98°左右）；第四：月亮绕地球运行轨迹是正圆；第五：星敏感器光轴仅考虑±Z向偏转，在星敏感器光轴向±X偏转的情况下，需要将该偏转分解至±Z向偏转，具体方法为：将星敏感器光轴投影在卫星YOZ面，此投影不存在±X偏转，仅存在±Z向偏转；经过上述简化，可以得到太阳、月亮及卫星轨道面三者关系，如图1所示。众所周知，太阳同步可以用降交点地方时来描述，它体现了太阳和轨道面的关系，图1给出了四种情况的降交点地方时，如图1中小圆环所示。如果某太阳同步轨道降交点地方时已知，就可以方便地计算出本卫星轨道面与基准面（降交点地方时为0点）的角度，如图1中α所示。中国农历日体现了月球、太阳和地球随时间的关系，当月球处于太阳和地球中间时，月球几乎完全被地球遮挡，月球可见性最小，定义为初一；当月球和太阳分别处于地球两侧时，月球可见面积最大，为满月，定义为十六，不难看出，中国农历十六所处位置刚好与基准面重合；依次类推，中国农历月平均29天。图中给出了农历初一和十六所对应的位置，如图1中大圆环所示。

S2、根据卫星降交点地方时在所述关系图中确定卫星轨道面与基准面的夹角，其中，表示小时、表示分钟、表示秒；比如，如卫星降交点地方时是07:30，也就是，、和，则卫星轨道面与基准面（降交点地方时为00:00，对应中国农历十六）的夹角

卫星降交点为07:30，与06:00较为靠近，处于图的上方，同理，卫星升交点则与18:00较为靠近，处于图的下方，如图1所示。

S3、根据卫星的星敏感器的安装方式获得中间变量。本发明中，步骤S1中介绍了卫星轨道与太阳，月球与时间的关系，要研究星敏感器遇月亮的规律，还需要将星敏感器的安装方式加入分析。由于月球也处于地球赤道面，所以月球进入星敏感器视场时，星敏感器光轴也必然在卫星赤道面，一般星敏感器光轴仅向±Z偏转，所以，当星敏感器遇月亮时，卫星必然处于升交点或降交点附近。假设某卫星星敏感器安装在卫星+Y面，星敏感器光轴向-Z面偏β角，则卫星在降交点和升交点时，星敏感器光轴指向如图1所示。比如，卫星星敏感器沿+Y轴安装，并朝-Z面上翘10°，则。

S4、根据卫星轨道面与基准面的夹角和中间变量计算星敏感器在升交点光轴指向与基准面的夹角以及在降交点光轴指向与基准面的夹角，其中，、。在本实施方式中，。

S5、根据星敏感器在升交点光轴指向与基准面的夹角计算星敏感器在升交点处遇月亮的农历日以及根据在降交点光轴指向与基准面的夹角计算星敏感器在降交点处遇月亮的农历日。采用前述例子中的数据，，。

综上所述，本发明通过对太阳、月亮及卫星轨道面进行建模获得三者关系图并结合星敏感器的安装方式而获得星敏感器光轴指向在卫星升交点和降交点出的天区指向，就可以得出星敏感器遇月亮的农历时间，还能得出星敏感器此次遇月亮时，卫星在轨道上的相位，以及星敏感器遇月亮时间长短的初步分析。经过与STK建模仿真对比，本发明具有如下优点：1、误差小：本发明预报星敏感器遇月亮的误差小于1天；2、本发明找出了星敏感器遇太阳的时间与中国传统农历的关系，得出的结果有助于预报时间的理解和记忆。而一般通过仿真得到的星敏感器遇月亮时间，不具有规律性，不便于理解和记忆；3、一般星敏感器遇月亮预报方法，需要进行复杂的轨道及姿态动力学建模，并且需要计算机协助才能完成；而本发明仅通过太阳同步轨道地方时，星敏感器安装信息，就可以手工计算出星敏感器遇月亮的时间，减少资源占用，提高预报效率。