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龙图腾网获悉武汉大学;湖北珞珈实验室申请的专利一种遥感卫星对天指向姿态控制方法及计算机可读介质获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116674767B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-20发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310709865.4，技术领域涉及：B64G1/24；该发明授权一种遥感卫星对天指向姿态控制方法及计算机可读介质是由黄頔;高宏韬;王志富;曾国强;朱泽昆;高玉东;左玉弟;李志军设计研发完成，并于2023-06-14向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种遥感卫星对天指向姿态控制方法及计算机可读介质在说明书摘要公布了：本发明提出了一种遥感卫星对天指向姿态控制方法及计算机可读介质。本发明获取星地相机配置和先验信息，得到星地相机的日地遮蔽角和安装矩阵，根据当前时刻和轨道信息，获取卫星指向地心和太阳的方向矢量；计算卫星对天指向时卫星本体系相对惯性系的期望姿态四元数，并实现卫星对天指向时姿态收敛；结合在轨标定要求及约束，获取推扫角速度、推扫角方向以及推扫时长，并确定旋转欧拉轴，获得卫星对天推扫时的期望姿态四元数和角速度，卫星进行对天推扫。本发明可避免太阳光及地球反射的杂散光对星地相机同时成像的影响，更适用于线阵地相机推扫成像后遥感图像的处理，满足了遥感卫星星地相机夹角在轨标定的需求。

本发明授权一种遥感卫星对天指向姿态控制方法及计算机可读介质在权利要求书中公布了：1.一种遥感卫星对天指向姿态控制方法，其特征在于： 获取地相机的安装矩阵、星相机A的安装矩阵、星相机B的安装矩阵； 计算卫星对天指向时卫星本体系相对惯性系的期望姿态四元数，并实现卫星对天指向时姿态收敛； 求解卫星对天推扫时卫星本体系相对惯性系的期望姿态四元数、卫星本体系相对惯性系的期望姿态角速度，卫星按照推扫角速度及时长进行对天推扫； 具体包括以下步骤： 步骤1：获取星地相机配置和先验信息，得到星相机的日遮蔽角、星相机的地遮蔽角、地相机的日遮蔽角、地相机的地遮蔽角，根据当前时刻和轨道信息，获取卫星指向地心的方向矢量、卫星指向太阳的方向矢量，获取地相机的安装矩阵、星相机A的安装矩阵、星相机B的安装矩阵； 步骤2：计算卫星对天指向时卫星本体系相对惯性系的期望姿态四元数，并实现卫星对天指向时姿态收敛； 步骤3：卫星对天指向姿态收敛后结合在轨标定的要求及约束，获取推扫角速度、推扫角方向以及推扫时长，并确定旋转欧拉轴，求解卫星对天推扫时卫星本体系相对惯性系的期望姿态四元数、卫星本体系相对惯性系的期望姿态角速度，卫星按照推扫角速度及时长进行对天推扫； 步骤1所述星相机的日遮蔽角定义为：； 步骤1所述星相机的地遮蔽角定义为：； 步骤1所述地相机的日遮蔽角定义为：； 步骤1所述地相机的地遮蔽角定义为：； 步骤1所述卫星指向地心的方向矢量定义为：； 步骤1所述卫星指向太阳的方向矢量定义为：； 步骤1所述卫星的地相机配置为地相机； 步骤1所述卫星的星相机配置为星相机A、星相机B； 步骤1所述地相机安装方位信息为光轴不严格指向卫星本体坐标系的轴方向； 步骤1所述星相机安装方位信息为星相机A、星相机B关于卫星本体坐标系的平面不严格镜像对称，光轴均偏向方向； 步骤1所述地相机的安装矩阵定义为：； 步骤1所述星相机A的安装矩阵定义为：； 步骤1所述星相机B的安装矩阵定义为：； 步骤2所述计算卫星对天指向时卫星本体系相对惯性系的期望姿态四元数具体如下： 步骤2.1：通过卫星精度测试获取地相机光轴在卫星本体坐标系的坐标，星相机A光轴在卫星本体坐标系的坐标，星相机B光轴在卫星本体坐标系的坐标，星相机A光轴在卫星本体坐标系的平面上投影矢量，星相机B光轴在卫星本体坐标系的平面上投影矢量，星相机A、星相机B光轴在卫星本体坐标系的平面上投影矢量和的方向向量，则： 其中，表示向量的二范数； 步骤2.2：考虑最大化光轴与卫星指向地心的方向矢量、卫星指向太阳的方向矢量的夹角，令卫星姿态对天指向时，与及共面，、构成的平面与和构成的平面垂直，且、关于和构成的平面镜像对称，、的夹角为： 其中，arccos表示反余弦，θ表示星相机A、星相机B光轴在卫星本体坐标系的平面上投影矢量和的方向向量与地相机光轴在卫星本体坐标系的坐标的夹角； 与的夹角为、与的夹角为； 与的夹角大于，与的夹角大于； 步骤2.3：和构成的平面法向的方向向量为：，表示向量的二范数； 将在上投影为正、在上投影为负定义为正向投影情况； 正向投影情况下，在惯性系的方向向量可表示为： 将在上投影为负、在上投影为正定义为负向投影情况； 负向投影情况下，在惯性系的方向向量可表示为： 正向投影情况下，卫星本体坐标系的X轴坐标轴方向向量、Y轴坐标轴方向向量、Z轴坐标轴方向向量在在惯性系的投影依次为： 正向投影情况下，惯性系到卫星本体系的旋转矩阵为： 令正向投影情况下卫星对天指向时，期望姿态四元数，由旋转矩阵与四元数之间的关系可得： 根据代数对应关系，可解的正向投影情况下卫星对天指向时卫星本体系相对惯性系的期望姿态四元数； 负向投影情况下，卫星本体坐标系的X轴坐标轴方向向量、Y轴坐标轴方向向量、Z轴坐标轴方向向量在在惯性系的投影依次为： 负向投影情况下，惯性系到卫星本体系的旋转矩阵为： 由正向投影情况下所述旋转矩阵与四元数之间的关系，以及代数对应关系，可求得负向投影情况下卫星对天指向时卫星本体系相对惯性系的期望姿态四元数； 根据当前卫星姿态求得正向投影情况下期望姿态到当前姿态的误差四元数为： 根据当前卫星姿态求得负向投影情况下期望姿态到当前姿态的误差四元数为： 其中，表示四元数共轭转置，表示四元数乘法； 获取正向情况下误差四元数对应的欧拉角，为的标量部分； 获取负向情况下误差四元数对应的欧拉角，为的标量部分； 将正向情况下误差四元数对应的欧拉角、负向情况下误差四元数对应的欧拉角进行比较，较小欧拉角对应情况下的卫星对天指向时卫星本体系相对惯性系的期望姿态四元数作为最终姿态控制目标； 步骤2所述卫星对天指向时实现姿态收敛，具体如下： 姿态控制时需同时将卫星姿态和姿态角速度控制到期望值，即将卫星姿态控制到卫星本体系相对惯性系的期望姿态四元数对应的姿态，将卫星姿态角速度控制到期望姿态角速度，期望姿态角速度为0也作为控制目标； 卫星对天指向时，期望姿态相对于惯性空间不变，期望姿态角速度为零； 步骤3所述获取推扫角速度、推扫角方向以及推扫时长，具体如下： 获取对天推扫时的推扫角速度、推扫时长； 地相机为线阵相机，其推扫成像时要求推扫角速度方向沿着相机坐标系轴方向； 步骤3所述确定旋转欧拉轴，具体如下： 推扫方向向量即旋转欧拉轴在相机坐标系投影为，推扫方向向量在惯性系投影为： 其中，表示四元数乘法； 步骤3所述卫星对天推扫时卫星本体系相对惯性系的期望姿态四元数，具体如下： 对天推扫开始时刻，卫星本体坐标系相对惯性系姿态四元数为； 地相机的安装矩阵亦即旋转矩阵为，再根据步骤2所述旋转矩阵与四元数之间的关系，可得卫星本体坐标系到相机坐标系的四元数为，地相机的相机坐标系相对惯性系姿态四元数为为 推扫中的任一时刻，可计算得到卫星转过的角度； 可得卫星绕轴方向转过角度的旋转四元数，以及相机坐标系相对惯性系的期望姿态四元数； 令，卫星本体坐标系相对惯性系的期望姿态四元数； 步骤3所述求解卫星本体系相对惯性系的期望姿态角速度，具体如下： 根据对天推扫时的推扫角速度大小及推扫角速度方向，可得卫星期望角速度在惯性系投影为： 将卫星期望角速度投影到地相机的相机坐标系得； 其中，卫星期望角速度投影到惯性系； 将卫星期望角速度投影到卫星本体坐标系得。

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