CN105005310A - 一种沿斜条带成像的姿态调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种沿斜条带成像的姿态调整方法，该方法在沿斜条带成像对于公路、海岸线、边境线等走向不平行星下点轨迹的高分辨率成像任务有很好的实用性。本发明针对沿给定斜条带成像还没有姿态机动调整方法的问题，提出了一种先规划摄影点沿给定斜条带的滑动速度，然后通过卫星姿态机动跟踪摄影点的滑动进行成像并进行偏流角补偿的姿态调整方法，实现了沿给定目标斜条带的成像。本发明方法的姿态调整方法可通过改变摄影点沿斜条带的滑动速度满足不同的成像任务，例如可以实现应急成像任务的快速推扫成像以及增加曝光时间以提高成像质量的慢速推扫成像的选择。

Description

一种沿斜条带成像的姿态调整方法

技术领域

本发明涉及航天器姿态调整技术领域，特别涉及一种沿斜条带成像的姿态调整方法，用于在沿给定斜条带成像过程中实现相机载体的姿态机动调整。

背景技术

传统静态成像由于推扫地速主要由轨道运动引起，其成像轨迹认为是平行星下点轨迹的，一段轨迹称为一个条带，可以通过条带拼接实现对矩形区域的拼接成像。然而，对于公路、海岸线、边境线等走向不平行星下点轨迹的高分辨率成像任务，传统静态成像由于条带必须平行星下点轨迹，对目标区域需多次观测才能实现完整图像的获取，无法满足目标区域图像实时获取的需求，成像效能较低。

随着小卫星姿态控制能力的进一步增强，卫星可以通过姿态机动打破传统静态成像时严格依靠轨道运动推扫的约束，从而实现更加灵活的地面推扫成像，成像条带不再需要平行星下点轨迹，甚至可以通过姿态机动形成垂直星下点轨迹的成像。与星下点轨迹成一定夹角的条带称之为斜条带。传统静态成像中，对于给定的某一平行星下点轨迹的成像条带，卫星的侧摆角保持恒定，成像过程中的姿态无需规划；然而，姿态机动中沿给定斜条带成像时，卫星的三轴姿态需实时变化，需要对成像过程中的姿态进行规划。

敏捷卫星机动中成像技术，指卫星在三轴姿态机动中开启光学有效载荷并进行成像，在成像过程中实时调整光轴对地指向以实现复杂的成像任务。法国的Pleiades-HR卫星通过姿态机动能够实现垂直星下点轨迹的推扫成像，获得东西方向的350km×20km的0.7m高分辨率图像，单次成像即可获取宽幅高分辨率图像。动中成像模式黄群东在2012年第12期《光学精密工程》的《姿态对地指向不断变化成像时的像移速度计算》中有详细描述，目前的机动中成像技术缺乏对给定目标轨迹的机动中成像方法，无法实现沿斜条带成像过程中的姿态规划，其姿态调整方法中也没有进行成像偏流角补偿，难以保证机动中成像的成像质量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种沿斜条带成像的姿态调整方法，该方法先规划摄影点沿给定斜条带的滑动速度和位置，然后调整相机载体的姿态使得相机跟踪摄影点进行成像，从而实现了沿给定目标斜条带成像，相对于传统的静态成像方法，该方法对于公路、海岸线、边境线等走向不平行星下点轨迹的高分辨率成像任务有很好的实用性，并且可以通过垂直星下点轨迹的成像来获取宽幅高分辨率图像。

本发明的上述目的通过以下方案实现：

一种沿斜条带成像的姿态调整方法，具体实现步骤如下：

(1)、由成像起始点M到成像结束点N作以地心为圆心的圆弧，并以所述圆弧作为成像斜条带的中心线；根据球面几何计算斜条带在地心地固坐标系下的位置参数；所述位置参数包括斜条带中心线与赤道面的夹角i，斜条带中心线与赤道面交点的经度Ω，斜条带中心线与赤道面交点到起始点的球面幅角f；

(2)、在地心地固坐标系下，根据步骤(1)计算得到的斜条带在地心地固坐标系下的位置参数，以及设定的摄影点速度大小变化函数v_D(t)，计算摄影点沿斜条带中心线滑动到位置D时的速度矢量V_D和位置矢量R_D；其中位置D位于成像起始点M到成像结束点N之间；

(3)、根据设定的相机载***置变化函数S(t)，以及步骤(2)确定的摄影点位置矢量R_D，计算相机载体视轴跟踪摄影点运动时相机载体的姿态调整参数；所述调整参数包括横滚角俯仰角θ和偏航角β，以及滚动轴角速度ω_x和俯仰轴角速度ω_y；

(4)、根据步骤(3)计算得到的相机载体的姿态调整参数，调整相机载体的三轴姿态。

上述的沿斜条带成像的姿态调整方法，在步骤(1)中，根据球面几何计算斜条带在地心地固坐标系下的位置参数，具体计算方法如下：

(1a)、首先计算出过成像结束点N的经线与斜条带中心线所在圆面的夹角C：

$\cot C=\frac{{\mathrm{tan\δ}}_M{\mathrm{cos\δ}}_N-{\mathrm{sin\δ}}_{N}cos({\mathrm{\α}}_N-{\mathrm{\α}}_M)}{sin({\mathrm{\α}}_N-{\mathrm{\α}}_M)};$

其中：α_M、δ_M分别为设定的成像起始点M的经度和纬度；α_N、δ_N分别为设定的成像结束点N的经度和纬度；

(1b)、根据步骤(1a)计算的夹角C通过如下公式确定斜条带中心线与赤道面的夹角i：

cosi＝sin(π-C)cosδ_N；

(1c)、通过如下公式计算得到斜条带中心线与赤道面交点的经度Ω：

tan(α_N-Ω)＝sinitan(π-C)；

(1d)、通过如下公式计算得到斜条带中心线与赤道面交点到起始点的球面幅角f：

$\sin f=\frac{\sin i}{{\mathrm{sin\δ}}_M}.$

上述的沿斜条带成像的姿态调整方法，在步骤(2)中，在地心地固坐标系下，计算摄影点沿斜条带中心线滑动时的速度矢量V_D和位置矢量R_D的具体步骤如下：

(2a)、首先根据设定的摄影点速度大小变化函数v(t)，计算摄影点沿斜条带中心线上滑动到位置D时的球面角

(2b)、通过如下公式计算得到摄影点速度矢量V_D和位置矢量R_D：

$V_D=v_D\left[\begin{array}{c}-sin(f+\mathrm{\μ})cos\mathrm{\Ω}-cos(f+\mathrm{\μ})sin\mathrm{\Ω}\cos i\\ -sin(f+\mathrm{\μ})sin\mathrm{\Ω}+cos(f+\mathrm{\μ})cos\mathrm{\Ω}\cos i\\ cos(f+\mathrm{\μ})\sin i\end{array}\right];$

$R_D=R_e\left[\begin{array}{c}\cos (f+\mathrm{\μ})cos\mathrm{\Ω}-\sin (f+\mathrm{\μ})sin\mathrm{\Ω}\cos i\\ \cos (f+\mathrm{\μ})sin\mathrm{\Ω}+\sin (f+\mathrm{\μ})cos\mathrm{\Ω}\cos i\\ \sin (f+\mathrm{\μ})\sin i\end{array}\right];$

其中，v_D为摄影点到达位置D时的速度大小值；R_e为地球半径。

上述的沿斜条带成像的姿态调整方法，在步骤(3)中，计算相机载体的姿态调整参数的具体步骤如下：

(3a)、计算当相机载体姿态调整到视轴对准摄影点时相机载体本体坐标系X_b Y_b Z_b的目标三轴矢量x_b、y_b、z_b；其中，相机载体视轴对准摄影点时，Z_b轴指向摄影点位置D，Y_b轴垂直于Z_b轴与摄影点速度矢量V_D所在的平面，X_b由Z_b轴和Y_b轴根据右手法则确定；

(3b)、根据步骤(1)计算得到的目标三轴矢量x_b、y_b、z_b，计算相机载体姿态调整的横滚角俯仰角θ和偏航角β；其中，所述姿态调整实现过程为：轨道坐标系按照123转序转到相机载体视轴对准摄影点时相机载体本体坐标系X_b Y_b Z_b；

(3c)、根据相机载体姿态运动造成的地面推扫速度，计算滚动轴角速度ω_x和俯仰轴角速度ω_y。

上述的沿斜条带成像的姿态调整方法，在步骤(3a)中，相机载体本体坐标系X_b Y_b Z_b的目标三轴矢量x_b、y_b、z_b的具体计算公式如下：

$z_b=\frac{\stackrel{\→}{SD}}{\left|\stackrel{\→}{SD}\right|};$

$y_b=\frac{z_b\×V_D}{\left|z_b\×V_D\right|};$

x_b＝y_b×z_b；

其中，为由相机载***置S指向摄影点所在位置D的方向矢量。

上述的沿斜条带成像的姿态调整方法，在步骤(3b)中，横滚角俯仰角θ和偏航角β的具体计算方法如下:

首先将轴矢量z_b在轨道坐标系中表示为[Z_b]_orbit＝[z_bx z_by z_bz]^T，则横滚角和俯仰角θ的计算公式如下：

作横滚俯仰机动后的相机载体本体坐标系的X_b轴与目标轴矢量x_b的夹角为偏航角β，即偏航角β的计算公式如下：

上述的沿斜条带成像的姿态调整方法，在步骤(3c)中，滚动轴角速度ω_x和俯仰轴角速度ω_y的具体计算过程如下：

(3ca)、在轨道坐标系下，计算相机载体姿态运动造成的地面推扫速度V_η：

V_η＝V_D+ω_e×R_D-ω_s×R_D；

其中，ω_e为设定的地球自转速度矢量；ω_s为设定的相机载体轨道运行角速度矢量；

(3cb)、通过如下公式计算得到滚动轴角速度ω_x和俯仰轴角速度ω_y：

${\mathrm{\ω}}_x=-\frac{V_{\mathrm{\η}}\·y_b}{L};{\mathrm{\ω}}_y=\frac{V_{\mathrm{\η}}\·x_b}{L}$

其中，L为相机载体所在位置到摄影点位置的距离。本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)、本发明方法的姿态调整方法实现了沿给定斜条带的成像：传统静态成像的成像条带只能平行星下点轨迹，本发明方法的成像方式可以实现与星下点轨迹成一定夹角的斜条带，对于公路、海岸线、边境线等走向不平行星下点轨迹的高分辨率成像任务有很好的实用性，并且可以通过垂直星下点轨迹的成像来获取宽幅高分辨率图像；

(2)、本发明方法首先对摄影点在斜条带上的滑动速度进行规划，然后采用相机载体本体坐标系三轴姿态机动实时跟踪摄影点的滑动实现成像过程的姿态调整，从而完成沿斜条带的成像任务。这种通过跟踪摄影点运动的姿态机动调整方法是首次提出，并且可以通过改变摄影点在斜条带上的滑动速度规划方案满足不同的成像任务，使成像任务规划更加灵活，例如可以对目标实现快速推扫成像和慢速推扫成像的控制，快速推扫成像可以满足应急成像任务，慢速推扫成像可以增加相机曝光时间达到较好的成像质量；

(3)、本发明方法在相机载体姿态参数计算过程中，通过偏航调整实现了偏流角的补偿，保证了成像质量；机动中成像的偏流角由卫星轨道运动、地球自转和姿态机动共同产生，与传统静态成像的偏流角有较大差别，现有机动中成像模型没有进行偏流角调整。并且，由于卫星三轴姿态同时实时机动，滚动轴和俯仰轴的机动对偏航轴的调整会有耦合作用，本发明方法的偏流角补偿中考虑了这一影响。

附图说明

图1为本发明的沿斜条带成像的姿态调整方法流程图；

图2为本发明中斜条带几何模型示意图；

图3为本发明中摄影点沿斜条带中心线滑动的示意图；

图4为本发明中带偏航补偿的成像姿态机动模型示意图；

图5为本发明中相机载体视轴对准成像点时的三轴姿态指向示意图；

图6为实施例中沿垂直星下点成像的滚动角和俯仰角计算结果示意图；

图7为实施例中沿垂直星下点成像的偏航角计算结果示意图；

图8为实施例中沿垂直星下点成像的姿态跟踪角速度计算结果示意图；

图9为实施例中沿垂直星下点成像的STK仿真场景示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图1所示的方法流程图，本发明针对沿斜条带成像，在规划摄影点沿斜条带上滑动速度的基础上，通过建立成像姿态机动模型实现了对摄影点的跟踪和成像的偏流角补偿，得到了沿斜条带成像过程中的相机载体(卫星、航天器等)三轴姿态及姿态跟踪角速度，实现了姿态机动中沿给定斜条带成像的姿态调整。

(一)、斜条带几何参数确定

建立如图2所示的斜条带模型，在斜条带上，由成像起始点M到成像结束点N作以地心为圆心的圆弧，以该圆弧作为成像斜条带的中心线。该斜条带中心线在过地心的大圆上，可以在地心地固坐标系下根据球面几何计算出该斜条带的几何参数，其中，地心固连坐标系为原点在地心，X轴指向零度经线与赤道面的交点，Z轴沿地球自转轴指向北极，XYZ成右手直角坐标系。

在本发明中计算得到的斜条带几何参数包括：斜条带中心线与赤道面的夹角i，斜条带中心线与赤道面交点的经度Ω，斜条带中心线与赤道面交点到起始点的球面幅角f。具体计算方法如下：

(1a)、首先计算出过成像结束点N的经线与斜条带中心线所在圆面的夹角C：

$\cot C=\frac{{\mathrm{tan\δ}}_M{\mathrm{cos\δ}}_N-{\mathrm{sin\δ}}_{N}cos({\mathrm{\α}}_N-{\mathrm{\α}}_M)}{sin({\mathrm{\α}}_N-{\mathrm{\α}}_M)};$

其中：α_M、δ_M分别为设定的成像起始点M的经度和纬度；α_N、δ_N分别为设定的成像结束点N的经度和纬度；

(1b)、根据步骤(1a)计算的夹角C通过如下公式确定斜条带中心线与赤道面的夹角i：

cosi＝sin(π-C)cosδ_N；

(1c)、通过如下公式计算得到斜条带中心线与赤道面交点的经度Ω：

tan(α_N-Ω)＝sinitan(π-C)；

(1d)、通过如下公式计算得到斜条带中心线与赤道面交点到起始点的球面幅角f：

$\sin f=\frac{\sin i}{{\mathrm{sin\δ}}_M}.$

(二)、摄影点沿斜条带滑动的速度矢量和位置矢量计算

在沿斜条带成像时，摄影点在斜条带中心线上滑动，相机载体视轴需跟踪摄影点的运动，从而实现实时成像。因此，本发明通过规划摄影点的滑动速度来实现卫星姿态的规划。在成像过程中，相机载***置随着时间的变化规律S(t)已给定，该相机载体的视轴在任意时刻都要对对准摄影点，因此在进行相机载体姿态调整时，需要先确定摄影点沿斜条带滑动规律D(t)。

如图3所示，在时刻t摄影点以速度矢量V_D滑动到位置D，地心到该位置D的矢量为R_D，该位置D位于成像起始点M到成像结束点N之间。本发明在地心地固坐标系下根据斜条带位置几何参数，以及设定的摄影点速度大小变化函数v_D(t)，计算摄影点沿斜条带中心线滑动到位置D时的速度矢量V_D和位置矢量R_D，具体计算步骤如下：

(2a)、首先根据设定的摄影点速度大小变化函数v(t)，计算摄影点沿斜条带中心线上滑动到位置D时的球面角

(2b)、通过如下公式计算得到摄影点速度矢量V_D和位置矢量R_D：

$V_D=v_D\left[\begin{array}{c}-sin(f+\mathrm{\μ})cos\mathrm{\Ω}-cos(f+\mathrm{\μ})sin\mathrm{\Ω}\cos i\\ -sin(f+\mathrm{\μ})sin\mathrm{\Ω}+cos(f+\mathrm{\μ})cos\mathrm{\Ω}\cos i\\ cos(f+\mathrm{\μ})\sin i\end{array}\right];$

$R_D=R_e\left[\begin{array}{c}cos(f+\mathrm{\μ})cos\mathrm{\Ω}-sin(f+\mathrm{\μ})sin\mathrm{\Ω}\cos i\\ \cos (f+\mathrm{\μ})sin\mathrm{\Ω}+sin(f+\mathrm{\μ})cos\mathrm{\Ω}\cos i\\ sin(f+\mathrm{\μ})\sin i\end{array}\right];$

其中，v_D为摄影点到达位置D时的速度大小值；R_e为地球半径。

在本发明中摄影点速度大小变化函数v_D(t)的规划方案有多种，可以通过改变摄影点在斜条带上的滑动速度规划方案满足不同的成像任务，使成像任务规划更加灵活，例如可以对目标实现快速推扫成像和慢速推扫成像的控制，快速推扫成像可以满足应急成像任务，慢速推扫成像可以增加相机曝光时间达到较好的成像质量。本实施例中给出一种最简单的方案以作说明：采用恒定地速的斜条带成像规划方案，摄影点以恒定大小的速度在给定斜条带上滑动，即任意时刻摄影点滑动速度大小保持恒定，摄影点在地平面内沿斜条带方向移动。摄影点在斜条带上的滑动速度大小v_D＝k·ω_sR_e，其中：ω_s为卫星绕地球运行角速度；R_e为地球半径；k为速度系数，k越大摄影点在斜条带上的滑动速度越大，通过对k的规划可以实现对目标斜条带的快扫或慢扫。

(三)、相机载体姿态参数计算

如图4所示的成像模型，相机载体机动成像过程如下：卫星S沿轨道运行，通过滚动轴和俯仰轴的机动来实现姿态跟踪从而使得视轴指向SD沿着地面斜条带轨迹滑动，图示斜条带与星下点轨迹成η角度，通过偏航补偿使得线阵方向垂直斜条带方向。其中V_S为轨道运动导致的地面推扫速度，V_e为地球自转速度，V_roll为滚动角推扫导致的地面推扫速度，V_Pitch为俯仰角推扫导致的地面推扫速度。

本发明根据设定的相机载***置变化函数S(t)和摄影点位置D的位置矢量R_D，计算相机载体视轴跟踪摄影点运动时，相机载体的姿态调整参数：包括横滚角俯仰角θ和偏航角β，以及滚动轴角速度ω_x和俯仰轴角速度ω_y。具体计算步骤如下：

(3a)、计算当相机载体姿态调整到视轴对准摄影点时相机载体本体坐标系X_b Y_b Z_b的目标三轴矢量x_b、y_b、z_b；其中，相机载体视轴对准摄影点时，Z_b轴指向摄影点位置D，Y_b轴垂直于Z_b轴与摄影点速度矢量V_D所在的平面，X_b由Z_b轴和Y_b轴根据右手法则确定。其中：

$z_b=\frac{\stackrel{\→}{SD}}{\left|\stackrel{\→}{SD}\right|};$

$y_b=\frac{z_b\×V_D}{\left|z_b\×V_D\right|};$

x_b＝y_b×z_b；

其中，为由相机载***置S指向摄影点所在位置D的方向矢量，可以根据已知的相机载***置随着时间的变化规律S(t)和位置D的位置矢量计算得到。

(3b)、计算卫星姿态调整的横滚角俯仰角θ和偏航角β；其中，所述姿态调整实现过程为：轨道坐标系按照123转序转到卫星视轴对准摄影点时卫星本体坐标系X_b Y_b Z_b，即先绕滚动轴转动角，再绕俯仰轴转动θ角，最后绕偏航轴转动γ角到达图5中预定姿态。其中，轨道坐标系为：z轴指向星下点方向，x轴指向航天器速度方向，y轴由右手正交法则确定。

具体计算方法如下:首先将轴矢量z_b在轨道坐标系中表示为[Z_b]_orbit＝[z_bx z_by z_bz]^T，则横滚角和俯仰角θ的计算公式如下： 作横滚俯仰机动后的相机载体本体坐标系的X_b轴与目标轴矢量x_b的夹角为偏航角β，即偏航角β的计算公式如下：

按照以上方法计算得到的载体姿态参数已经进行了偏流角补偿。

(3c)、根据卫星姿态运动造成的地面推扫速度，计算滚动轴角速度ω_x和俯仰轴角速度ω_y。具体计算过程如下：

(3ca)、在轨道坐标系下，计算卫星姿态运动造成的地面推扫速度V_η：

V_η＝V_D+ω_e×R_D-ω_s×R_D；

其中，ω_e为设定的地球自转速度矢量；ω_s为设定的卫星轨道运行角速度矢量；

(3cb)、通过如下公式计算得到滚动轴角速度ω_x和俯仰轴角速度ω_y：

${\mathrm{\ω}}_x=-\frac{V_{\mathrm{\η}}\·y_b}{L};{\mathrm{\ω}}_y=\frac{V_{\mathrm{\η}}\·x_b}{L}$

其中，L为卫星所在位置到摄影点位置的距离。

然后根据计算得到的相机载体的姿态调整参数，调整相机载体的三轴姿态。

实施例:

本实施例以对垂直星下点轨迹的斜条带成像为例，并且采用恒定地速的滑动速度规划方案来进行卫星的三轴姿态调整，采用的速度系数k为0.5、1和1.5。计算得到垂直星下点轨迹成像时卫星需要调整的滚动角、俯仰角、偏航角以及滚动轴角速度和俯仰轴角速度，结果如图6、图7、图8所示。

本实施例中，垂直星下点成像的主要参数如表1所示，其中：速度系数为1时可以实现约700km的成像，获得高分辨率兼大幅宽的遥感数据。垂直星下点轨迹成像过程中滚动角速度用于抵消轨道运动的推扫地速，俯仰角速度决定推扫成像的快慢，k＝1.5时俯仰角速度最大值达到了1.267°/s。受卫星的姿态

控制能力限制，成像时需要控制速度系数以减小所需的姿态推扫角速度。

表1垂直星下点成像的主要参数

图9为STK成像仿真结果：成像的斜条带垂直星下点轨迹满足成像任务要求；从CCD线阵在地面的推扫轨迹可知推扫方向保持了沿斜条带方向，进行了偏航补偿；卫星本体轴始终指向沿斜条带方向，三轴姿态机动方式是正确的，满足成像姿态要求。

以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种沿斜条带成像的姿态调整方法，其特征在于：具体实现步骤如下：

(1)、由成像起始点M到成像结束点N作以地心为圆心的圆弧，并以所述圆弧作为成像斜条带的中心线；根据球面几何计算斜条带在地心地固坐标系下的位置参数；所述位置参数包括斜条带中心线与赤道面的夹角i，斜条带中心线与赤道面交点的经度Ω，斜条带中心线与赤道面交点到起始点的球面幅角f；

(2)、在地心地固坐标系下，根据步骤(1)计算得到的斜条带在地心地固坐标系下的位置参数，以及设定的摄影点速度大小变化函数v_D(t)，计算摄影点沿斜条带中心线滑动到位置D时的速度矢量V_D和位置矢量R_D；其中位置D位于成像起始点M到成像结束点N之间；

(3)、根据设定的相机载***置变化函数S(t)，以及步骤(2)确定的摄影点位置矢量R_D，计算相机载体视轴跟踪摄影点运动时相机载体的姿态调整参数；所述调整参数包括横滚角俯仰角θ和偏航角β，以及滚动轴角速度ω_x和俯仰轴角速度ω_y；

(4)、根据步骤(3)计算得到的相机载体的姿态调整参数，调整相机载体的三轴姿态。

2.根据权利要求1所述的一种沿斜条带成像的姿态调整方法，其特征在于：在步骤(1)中，根据球面几何计算斜条带在地心地固坐标系下的位置参数，具体计算方法如下：

(1a)、首先计算出过成像结束点N的经线与斜条带中心线所在圆面的夹角C：

$\cot C=\frac{{\mathrm{tan\δ}}_M{\mathrm{cos\δ}}_N-{\mathrm{sin\δ}}_N\cos ({\mathrm{\α}}_N-{\mathrm{\α}}_M)}{\sin ({\mathrm{\α}}_N-{\mathrm{\α}}_M)};$

其中：α_M、δ_M分别为设定的成像起始点M的经度和纬度；α_N、δ_N分别为设定的成像结束点N的经度和纬度；

(1b)、根据步骤(1a)计算的夹角C通过如下公式确定斜条带中心线与赤道面的夹角i：

cosi＝sin(π-C)cosδ_N；

(1c)、通过如下公式计算得到斜条带中心线与赤道面交点的经度Ω：

tan(α_N-Ω)＝sinitan(π-C)；

(1d)、通过如下公式计算得到斜条带中心线与赤道面交点到起始点的球面幅角f：

$\sin f=\frac{\sin i}{{\mathrm{sin\δ}}_M}.$

3.根据权利要求1所述的一种沿斜条带成像的姿态调整方法，其特征在于：在步骤(2)中，在地心地固坐标系下，计算摄影点沿斜条带中心线滑动时的速度矢量V_D和位置矢量R_D的具体步骤如下：

(2a)、首先根据设定的摄影点速度大小变化函数v(t)，计算摄影点沿斜条带中心线上滑动到位置D时的球面角

(2b)、通过如下公式计算得到摄影点速度矢量V_D和位置矢量R_D：

$V_D=v_D\left[\begin{array}{c}-sin(f+\mathrm{\μ})cos\mathrm{\Ω}-cos(f+\mathrm{\μ})sin\mathrm{\Ω}\cos i\\ -\sin (f+\mathrm{\μ})sin\mathrm{\Ω}+cos(f+\mathrm{\μ})cos\mathrm{\Ω}\cos i\\ cos(f+\mathrm{\μ})\sin i\end{array}\right];$

$R_D=R_e\left[\begin{array}{c}cos(f+\mathrm{\μ})cos\mathrm{\Ω}-sin(f+\mathrm{\μ})sin\mathrm{\Ω}\cos i\\ cos(f+\mathrm{\μ})sin\mathrm{\Ω}+sin(f+\mathrm{\μ})cos\mathrm{\Ω}\cos i\\ sin(f+\mathrm{\μ})\sin i\end{array}\right];$

其中，v_D为摄影点到达位置D时的速度大小值；R_e为地球半径。

4.根据权利要求1所述的一种沿斜条带成像的姿态调整方法，其特征在于：在步骤(3)中，计算相机载体的姿态调整参数的具体步骤如下：

(3a)、计算当相机载体姿态调整到视轴对准摄影点时相机载体本体坐标系X_bY_bZ_b的目标三轴矢量x_b、y_b、z_b；其中，相机载体视轴对准摄影点时，Z_b轴指向摄影点位置D，Y_b轴垂直于Z_b轴与摄影点速度矢量V_D所在的平面，X_b由Z_b轴和Y_b轴根据右手法则确定；

(3b)、根据步骤(1)计算得到的目标三轴矢量x_b、y_b、z_b，计算相机载体姿态调整的横滚角俯仰角θ和偏航角β；其中，所述姿态调整实现过程为：轨道坐标系按照123转序转到相机载体视轴对准摄影点时相机载体本体坐标系X_bY_bZ_b；

(3c)、根据相机载体姿态运动造成的地面推扫速度，计算滚动轴角速度ω_x和俯仰轴角速度ω_y。

5.根据权利要求4所述的一种沿斜条带成像的姿态调整方法，其特征在于：在步骤(3a)中，相机载体本体坐标系X_bY_bZ_b的目标三轴矢量x_b、y_b、z_b的具体计算公式如下：

$z_b=\frac{\stackrel{\→}{SD}}{\left|\stackrel{\→}{SD}\right|};$

$y_b=\frac{z_b\×V_D}{\left|z_b\×V_D\right|};$

x_b＝y_b×z_b；

其中，为由相机载***置S指向摄影点所在位置D的方向矢量。

6.根据权利要求4所述的一种沿斜条带成像的姿态调整方法，其特征在于：在步骤(3b)中，横滚角俯仰角θ和偏航角β的具体计算方法如下:

首先将轴矢量z_b在轨道坐标系中表示为[Z_b]_orbit＝[z_bx z_by z_bz]^T，则横滚角和俯仰角θ的计算公式如下：

作横滚俯仰机动后的相机载体本体坐标系的X_b轴与目标轴矢量x_b的夹角为偏航角β，即偏航角β的计算公式如下：

7.根据权利要求4所述的一种沿斜条带成像的姿态调整方法，其特征在于：在步骤(3c)中，滚动轴角速度ω_x和俯仰轴角速度ω_y的具体计算过程如下：

(3ca)、在轨道坐标系下，计算相机载体姿态运动造成的地面推扫速度V_η：

V_η＝V_D+ω_e×R_D-ω_s×R_D；

其中，ω_e为设定的地球自转速度矢量；ω_s为设定的相机载体轨道运行角速度矢量；

(3cb)、通过如下公式计算得到滚动轴角速度ω_x和俯仰轴角速度ω_y：

${\mathrm{\ω}}_x=-\frac{V_{\mathrm{\η}}\·y_b}{L},{\mathrm{\ω}}_y=\frac{V_{\mathrm{\η}}\·x_b}{L}$

其中，L为相机载体所在位置到摄影点位置的距离。