本发明涉及遥感卫星姿态控制效能评价领域，尤其涉及一种基于仿真图像mtf测试的旋转扫描卫星姿态控制效能评价方法。
背景技术：
1、为解决当前光学遥感卫星存在分辨率与幅宽相互制约的难题，专利“一种卫星快速旋转超大幅宽摆扫成像方法”提出了通过载荷垂轨旋转扫描的方法实现千公里级超大幅宽探测。在这种新体制下卫星由对地定向三轴稳定平台、旋转载荷和磁悬浮轴承组成，在轨运行过程中受到载荷动静不平衡等多种干扰力矩影响。大量学者针对此类卫星的动力学特性开展了控制方法研究，例如，payload-oriented control scheme for rotatingpayload satellite considering inertia uncertainties and measurement error，chinese journal of aeronautics,(2023),36(10):335–352(考虑惯量不确定性和测量误差的旋转载荷卫星的以载荷为中心的控制策略)，但当前文献衡量姿态控制算法有效性的方式几乎全部是比较最终的时域姿态曲线。受制于真实在轨数据的缺失，卫星姿态控制精度、稳定度与图像质量之间的关系尚无有效的测量评价方法。
技术实现思路
1、本发明解决了当前旋转扫描遥感卫星无真实在轨图像，且卫星姿态控制精度、稳定度与图像质量之间的关系尚无有效的测量评价方法的问题，提出一种基于仿真图像mtf测试的旋转扫描卫星姿态控制效能评价方法，所述方法包括：
2、s1：建立载荷姿态控制器、平台姿态控制器和平台位置控制器对卫星进行补偿，包括对旋转载荷不平衡与柔性太阳翼振动干扰进行补偿；
3、s2：根据补偿后的卫星和动力学仿真软件仿真获取卫星载荷时域曲线；
4、s3：将卫星载荷时域曲线导入图像仿真系统，图像仿真系统根据当前仿真时刻对时间序列进行内插得到当前时刻的卫星实际姿态，并在当前姿态下进行成像模拟，获取模拟图像；
5、s4：采用倾斜刃边法对模拟图像进行mtf测试，获取刃边图像；根据刃边图像得到垂轨和沿轨mtf，评价控制算法对在轨成像质量的影响。
6、进一步的，还提出一种优选方式，所述步骤s1中建立载荷姿态控制器，包括：
7、
8、其中，tp为载荷控制力矩，jz为载荷系统转动惯量张量，为载荷期望角速度的一阶导数，ωp为载荷实际角速度，为对应的叉乘反对称矩阵，ωpe为载荷误差角速度，rspwdpw为载荷飞轮转动与载荷姿态运动的耦合系数，为载荷飞轮的定轴旋转角速率，qpev为载荷误差四元数的矢量部分，kp,dp为控制增益。
9、进一步的，还提出一种优选方式，所述步骤s1中建立平台姿态控制器，包括：
10、
11、其中，tb为平台控制力矩，js为平台系统转动惯量张量，为平台期望角速度的一阶导数，ωb为平台实际角速度，为对应的叉乘反对称矩阵，ωbe为平台误差角速度，rswjdwj为平台飞轮转动与平台姿态运动的耦合系数(j＝1,2,3)，为平台飞轮的定轴旋转角速率，为变量，kb和db为控制增益。
12、进一步的，还提出一种优选方式，所述步骤s1中平台位置控制器，包括：
13、
14、其中，fms为平台位置控制力，ms为平台质量，xe为位置控制误差，k,μ为控制器参数，为干扰观测值。
15、进一步的，还提出一种优选方式，所述步骤s3包括：
16、对当前工况的姿态角曲线在稳定阶段时间区间内随机选取50组时长30ms的时间序列，以csv格式导入仿真系统，其中一组选取以角速度模值最大时刻为起点的时间序列；
17、利用仿真时软件根据当前仿真时刻对时间序列进行内插得到当前时刻的卫星实际姿态，并在当前姿态下进行成像模拟，获取模拟图像。
18、进一步的，还提出一种优选方式，所述稳定阶段时间区间为20s～80s。
19、进一步的，还提出一种优选方式，所述步骤s4包括：
20、在地球模型的指定经纬度位置设置边长为10km的棋盘格靶标模型；
21、靶标的两条边分别与卫星的沿轨方向和垂轨方向形成夹角；
22、通过提取靶标两个方向上黑色区域与白色区域交界处的刃边图像获取测试得到垂轨和沿轨mtf；
23、根据垂轨和沿轨mtf评价控制算法对在轨成像质量的影响。
24、基于同一发明构思，本发明还提出一种基于仿真图像mtf测试的旋转扫描卫星姿态控制效能评价系统，所述系统包括：
25、补偿单元，用于建立载荷姿态控制器、平台姿态控制器和平台位置控制器对卫星进行补偿，包括对旋转载荷不平衡与柔性太阳翼振动干扰进行补偿；
26、时域曲线获取单元，用于根据补偿后的卫星和动力学仿真软件仿真获取卫星载荷时域曲线；
27、成像模拟单元，用于将卫星载荷时域曲线导入图像仿真系统，图像仿真系统根据当前仿真时刻对时间序列进行内插得到当前时刻的卫星实际姿态，并在当前姿态下进行成像模拟，获取模拟图像；
28、评价单元，用于采用倾斜刃边法对模拟图像进行mtf测试，获取刃边图像；根据刃边图像得到垂轨和沿轨mtf，评价控制算法对在轨成像质量的影响。
29、基于同一发明构思，本发明还提出一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行根据上述中任一项所述的一种基于仿真图像mtf测试的旋转扫描卫星姿态控制效能评价方法。
30、基于同一发明构思，本发明还提出.一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如上述任一项所述的一种基于仿真图像mtf测试的旋转扫描卫星姿态控制效能评价方法的步骤。
31、本发明的有益之处在于：
32、传统的评估方法通常依赖真实在轨图像，但由于获取这些图像成本高且难度大，因此难以在实际操作中进行广泛应用。本发明所提出的一种基于仿真图像mtf测试的旋转扫描卫星姿态控制效能评价方法利用仿真图像代替真实图像进行测试，解决了没有真实在轨图像的问题，使得在设计和开发阶段可以进行有效的评价和优化。
33、本发明中针对现有卫星姿态控制系统的精度、稳定度与成像质量之间的关系复杂且难以量化的问题，通过建立载荷姿态控制器、平台姿态控制器和平台位置控制器，对卫星姿态进行精确补偿，并基于这些补偿结果进行仿真，能够综合评估这些控制系统对成像质量的影响。
34、本发明针对旋转扫描遥感卫星在运行中可能遇到载荷不平衡、柔性太阳翼振动等动态干扰，影响图像质量的问题，设计了补偿器，因此在仿真中能够考虑到这些实际的动态效应，从而提供更贴近实际的性能评估。
35、进一步的，本发明中还采用倾斜刃边法进行mtf(调制传递函数)测试，可以详细量化图像的空间频率响应特性，获得垂直轨道和沿轨道方向的mtf值，从而准确评估控制算法对成像质量的具体影响。通过将卫星载荷时域曲线导入图像仿真系统进行动态仿真，模拟图像的生成过程和实际成像情况的贴近度提高了评估的准确性。该方法通过mtf测试结果作为评价指标，能够为控制算法的优化提供定量依据，帮助改进姿态控制系统，提高最终的成像质量。
36、本发明设计了一种基于仿真图像mtf(调制传递函数)测试的旋转扫描卫星姿态控制效能评价方法，可有效评估各类型控制方法对在轨成像质量的最终影响，有效支撑卫星控制系统设计与优化，具有很高的学术价值和工程意义。
37、本发明应用于遥感卫星成像仿真领域。
1.一种基于仿真图像mtf测试的旋转扫描卫星姿态控制效能评价方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于仿真图像mtf测试的旋转扫描卫星姿态控制效能评价方法，其特征在于，所述步骤s1中建立载荷姿态控制器，包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于仿真图像mtf测试的旋转扫描卫星姿态控制效能评价方法，其特征在于，所述步骤s1中建立平台姿态控制器，包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于仿真图像mtf测试的旋转扫描卫星姿态控制效能评价方法，其特征在于，所述步骤s1中平台位置控制器，包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于仿真图像mtf测试的旋转扫描卫星姿态控制效能评价方法，其特征在于，所述步骤s3包括：
6.根据权利要求5所述的一种基于仿真图像mtf测试的旋转扫描卫星姿态控制效能评价方法，其特征在于，所述稳定阶段时间区间为20s～80s。
7.根据权利要求1所述的一种基于仿真图像mtf测试的旋转扫描卫星姿态控制效能评价方法，其特征在于，所述步骤s4包括：
8.一种基于仿真图像mtf测试的旋转扫描卫星姿态控制效能评价系统，其特征在于，所述系统包括：
9.一种计算机设备，其特征在于：包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行根据权利要求1-7中任一项所述的一种基于仿真图像mtf测试的旋转扫描卫星姿态控制效能评价方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1-7任一项所述的一种基于仿真图像mtf测试的旋转扫描卫星姿态控制效能评价方法的步骤。
