欧拉角的计算方法、装置、设备及介质

摘要

本公开提供一种欧拉角的计算方法、装置、设备及介质，涉及航空航天技术领域，方法包括：获取卫星相机的指定观测指向对应的赤经、赤纬和卫星平台观测方向对应的第一方向矢量；计算所述赤经和所述赤纬对应的第二方向矢量；根据所述第一方向矢量和所述第二方向矢量计算指定观测指向到所述卫星平台观测方向的旋转矩阵；根据所述旋转矩阵计算所述卫星相机指定观测指向的欧拉角。该计算方法可以快速准确地由天球赤经、赤纬求解星相机指定观测指向的欧拉角。并且，该计算方法能够充分考虑航空航天工程的多种旋转顺序，使用范围广，适用性强。此外，该计算方法兼容性好、计算复杂度低，运行速度快，算法简单，易于工程实现。

说明书

技术领域

本公开涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种欧拉角的计算方法、装置、设备及介质。

背景技术

天基望远镜是指将望远镜设备安装到天基平台上，对太空进行观测。与地基望远镜相比，天基望远镜主要有以下优点：天基观测不受太阳光照影响，可以全天时进行观测；天基观测不受云层、天气影响，可以全天候进行观测；天基观测的天光背景很暗，不受大气消光的影响。然而，在进行天基望远镜论证、仿真、任务规划等时，经常需要对运行在惯性定向模式下的卫星，由观测方向的赤经、赤纬求解相机初始指向。然而，由于不同观测方向、相机与卫星平台的安装关系的结果截然不同。因此，如何对运行在惯性定向模式下的卫星，快速准确地由观测方向的赤经、赤纬求解相机初始指向，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

鉴于上述技术问题，本公开第一方面提供一种欧拉角的计算方法，包括：获取卫星相机的指定观测指向对应的赤经、赤纬和卫星平台观测方向对应的第一方向矢量；计算赤经和赤纬对应的第二方向矢量；根据第一方向矢量和第二方向矢量计算指定观测指向到卫星平台观测方向的旋转矩阵；根据旋转矩阵计算卫星相机指定观测指向的欧拉角。

根据本公开的实施例，其中，获取惯性定向模式下卫星平台的第一方向矢量。

根据本公开的实施例，其中，计算赤经和赤纬对应的第二方向矢量，具体包括：根据

计算第二方向矢量A＝[a

根据本公开的实施例，其中，根据第一方向矢量和第二方向矢量计算指定观测指向到卫星平台观测方向的旋转矩阵，具体包括：根据

A＝R

计算旋转矩阵R

根据本公开的实施例，其中，根据旋转矩阵计算卫星相机指定观测指向的欧拉角，具体包括：确定指定观测指向到卫星平台观测方向的旋转顺序；基于旋转顺序，根据旋转矩阵计算卫星平台指定观测指向的欧拉角，其中，欧拉角包括俯仰角、偏航角和滚转角。

根据本公开的实施例，其中，旋转顺序包括12种适用于航空航天工程的旋转顺序。

本公开第二方面提供一种欧拉角的计算装置，包括：获取模块，用于获取卫星相机的指定观测指向对应的赤经、赤纬和卫星平台观测方向对应的第一方向矢量；第一计算模块，用于计算赤经和赤纬对应的第二方向矢量；第二计算模块，用于根据第一方向矢量和第二方向矢量计算指定观测指向到卫星平台观测方向的旋转矩阵；第三计算模块，用于根据旋转矩阵计算卫星相机指定观测指向的欧拉角。

本公开第三方面提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，其中，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器实现上述方法。

本公开第四方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器实现上述方法。

根据本公开实施例提供的欧拉角的计算方法、装置设备及介质，至少能够实现以下技术效果：

基于卫星相机观测指向对应的赤经和赤纬对应的方向矢量和卫星观测平台对应的方向矢量，可以快速准确地由天球赤经、赤纬求解星相机指定观测指向的欧拉角。并且，该计算方法可以通过旋转欧拉角不同的旋转顺序确定旋转矩阵不同的元素对观测指向欧拉角进行计算，能够充分考虑航空航天工程的多种旋转顺序，使用范围广，适用性强。此外，该计算方法兼容性好、计算复杂度低，运行速度快，算法简单，易于工程实现。

附图说明

通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示意性示出了根据本公开实施例的欧拉角的计算方法的流程图。

图2示意性示出了根据本公开实施例的基于欧拉角的计算装置的框图。

图3示意性示出了根据本发明实施例的适于实现上文描述的方法的电子设备的框图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“长度”、“周向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的子系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。另外，在本公开中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对本公开的限制。

类似地，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

针对于现有技术存在的在卫星惯性定向状态下，如何由赤经、赤纬计算相机的观测指向参数的技术问题，本公开实施例提供一种欧拉角的计算方法，包括：获取卫星相机的指定观测指向对应的赤经、赤纬和卫星平台观测方向对应的第一方向矢量。计算赤经和赤纬对应的第二方向矢量。根据第一方向矢量和第二方向矢量计算指定观测指向到卫星平台观测方向的旋转矩阵。根据旋转矩阵计算卫星相机指定观测指向的欧拉角。下面结合具体实施例进行相似介绍。

图1示意性示出了根据本公开实施例的欧拉角的计算方法的流程图。

如图1所示，该欧拉角的计算方法例如可以包括操作S101～操作S104。

在操作S101，获取卫星相机的指定观测指向对应的赤经、赤纬和卫星平台观测方向对应的第一方向矢量。计算赤经和赤纬对应的第二方向矢量。

在本公开一实施例中，可以获取惯性定向模式下卫星平台观测方向的第一方向矢量。该方向矢量可以基于卫星平台本体的坐标系单位基向量进行表示。示例性的，将卫星平台本体的坐标系单位基向量记为B＝[b

在操作S102，计算赤经和赤纬对应的第二方向矢量。

在本公开一实施例中，可以根据

计算第二方向矢量A＝[a

在操作S103，根据第一方向矢量和第二方向矢量计算指定观测指向到卫星平台观测方向的旋转矩阵。

在本公开一实施例中，可以根据

A＝R

计算指定观测指向到卫星平台观测方向的旋转矩阵R

由于第一方向矢量和第二方向矢量均为三维向量，则旋转矩阵R

在操作S104，根据旋转矩阵计算卫星相机指定观测指向的欧拉角。

在本公开一实施例中，根据旋转矩阵计算卫星相机指定观测指向的欧拉角具体可以包括：确定指定观测指向到卫星平台观测方向的旋转顺序。基于旋转顺序，根据旋转矩阵计算卫星相机指定观测指向的欧拉角。其中，欧拉角包括俯仰角、偏航角和滚转角。

示例性的，设俯仰角为

绕y轴旋转：

绕z轴旋转：

由于欧拉角的旋转顺序可能有多种，例如包括x-＞y-＞z，x-＞z-＞y，y-＞x-＞z，y-＞z-＞x，z-＞x-＞y，z-＞y-＞x，其对应的旋转矩阵分别为：

在本公开实施例中，航空航天工程常用的旋转顺序有12种，例如可以包括：x-＞y-＞z，x-＞z-＞y，y-＞x-＞z，y-＞z-＞x，z-＞x-＞y，z-＞y-＞x，x-＞y-＞x，x-＞z-＞x，y-＞x-＞y，y-＞z-＞y，z-＞x-＞z，z-＞y-＞z。

当旋转顺序为x-＞y-＞z时，卫星相机指定观测指向的欧拉角可以为：

当旋转顺序为x-＞z-＞y时，卫星相机指定观测指向的欧拉角可以为：

当旋转顺序为y-＞x-＞z时，卫星相机指定观测指向的欧拉角可以为：

当旋转顺序为y-＞z-＞x时，卫星相机指定观测指向的欧拉角可以为：

当旋转顺序为z-＞x-＞y时，卫星相机指定观测指向的欧拉角可以为：

当旋转顺序为z-＞y-＞x时，卫星相机指定观测指向的欧拉角可以为：

当旋转顺序为x-＞y-＞x时，卫星相机指定观测指向的欧拉角可以为：

当旋转顺序为x-＞z-＞x时，卫星相机指定观测指向的欧拉角可以为：

当旋转顺序为y-＞x-＞y时，卫星相机指定观测指向的欧拉角可以为：

当旋转顺序为y-＞z-＞y时，卫星相机指定观测指向的欧拉角可以为：

当旋转顺序为z-＞x-＞z时，卫星相机指定观测指向的欧拉角可以为：

当旋转顺序为z-＞y-＞z时，卫星相机指定观测指向的欧拉角可以为：

至此，基于上述操作便可完成由赤经、赤纬计算相机的观测指向参数的过程。

图2示意性示出了根据本公开实施例的欧拉角计算装置的框图。

如图2所示，欧拉角计算装置200可以包括获取模块210、第一计算模块220、第二计算模块230以及第三计算模块240。

获取模块210，用于获取卫星相机的指定观测指向对应的赤经和赤纬和卫星平台观测方向对应的第一方向矢量。

第一计算模块220，用于计算赤经和赤纬对应的第二方向矢量。

第二计算模块230，用于根据第一方向矢量和第二方向矢量计算指定观测指向到卫星平台观测方向的旋转矩阵。

第四计算模块240，用于根据旋转矩阵计算卫星相机指定观测指向的欧拉角。

根据本公开的实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意多个、或其中任意多个的至少部分功能可以在一个模块中实现。根据本公开实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意一个或多个可以被拆分成多个模块来实现。根据本公开实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意一个或多个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式的硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，根据本公开实施例的模块、子模块、单元、子单元中的一个或多个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。

例如，获取模块210、第一计算模块220、第二计算模块230以及第三计算模块240中的任意多个可以合并在一个模块/单元/子单元中实现，或者其中的任意一个模块/单元/子单元可以被拆分成多个模块/单元/子单元。或者，这些模块/单元/子单元中的一个或多个模块/单元/子单元的至少部分功能可以与其他模块/单元/子单元的至少部分功能相结合，并在一个模块/单元/子单元中实现。根据本公开的实施例，获取模块210、第一计算模块220、第二计算模块230以及第三计算模块240中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，获取模块210、第一计算模块220、第二计算模块230以及第三计算模块240中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。

需要说明的是，本公开的实施例中欧拉角计算装置部分与本公开的实施例中欧拉角计算方法部分是相对应的，其具体实施细节及带来的技术效果也是相同的，在此不再赘述。

图3示意性示出了根据本发明实施例的适于实现上文描述的方法的电子设备的框图。图3示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图3所示，根据本发明实施例的电子设备300包括处理器301，其可以根据存储在只读存储器(ROM)302中的程序或者从存储部分308加载到随机防问存储器(RAM)303中的程序而执行各种适当的动作和处理。处理器301例如可以包括通用微处理器(例如CPU)、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(ASIC))，等等。处理器301还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器301可以包括用于执行根据本发明实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。

在RAM 303中，存储有电子设备300操作所需的各种程序和数据。处理器301、ROM302以及RAM303通过总线304彼此相连。处理器301通过执行ROM 302和/或RAM303中的程序来执行根据本发明实施例的方法流程的各种操作。需要注意，所述程序也可以存储在除ROM302和RAM303以外的一个或多个存储器中。处理器301也可以通过执行存储在所述一个或多个存储器中的程序来执行根据本发明实施例的方法流程的各种操作。

根据本发明的实施例，电子设备300还可以包括输入/输出(I/O)接口305，输入/输出(I/O)接口305也连接至总线304。电子设备300还可以包括连接至I/O接口305的以下部件中的一项或多项：包括键盘、鼠标等的输入部分306；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分307；包括硬盘等的存储部分308；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分309。通信部分309经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器310也根据需要连接至I/O接口305。可拆卸介质311，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器310上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分308。

根据本发明的实施例，根据本发明实施例的方法流程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读存储介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分309从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质311被安装。在该计算机程序被处理器301执行时，执行本发明实施例的系统中限定的上述功能。根据本发明的实施例，上文描述的系统、设备、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备/装置/系统中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/系统中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本发明实施例的方法。

根据本发明的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质。例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

例如，根据本发明的实施例，计算机可读存储介质可以包括上文描述的ROM302和/或RAM 303和/或ROM 302和RAM303以外的一个或多个存储器。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。