本發(fā)明涉及衛(wèi)星姿態(tài)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三軸穩(wěn)定衛(wèi)星從任意姿態(tài)到對日定向的控制方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
三軸穩(wěn)定衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間可能會出現(xiàn)姿態(tài)失去基準(zhǔn)的情況，此時(shí)，姿態(tài)控制系統(tǒng)將工作在全姿態(tài)捕獲模式。全姿態(tài)捕獲的基本功能就是要實(shí)現(xiàn)星體對太陽定向，即太陽電池陣的法向方向與太陽矢量的方向基本一致。
目前，衛(wèi)星對日定向一般采用一種0-1式太陽敏感器進(jìn)行捕獲太陽，使太陽電池陣方向有太陽信號，但是由于這種0-1式太陽敏感器的視場比較大，一般不能滿足太陽電池陣的光照條件，因此還需要用模擬式太陽敏感器(或者數(shù)字式太陽敏感器)精確測量太陽的方位，使太陽電池陣面的法向方向?qū)?zhǔn)太陽。
在模擬式太陽敏感器(或者數(shù)字式太陽敏感器)不可用的情況下，為保證整星能源供應(yīng)，仍然需要太陽電池陣法線方向?qū)?zhǔn)太陽，因此就有了僅用0-1式太陽敏感器實(shí)現(xiàn)捕獲太陽和對日定向的需求。
目前沒有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術(shù)的說明或報(bào)道，也尚未收集到國內(nèi)外類似的資料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種衛(wèi)星從任意姿態(tài)到對日定向的控制方法和系統(tǒng)，可在太陽敏感器不可用的情況下，僅用慣性基準(zhǔn)單元和0-1式太陽敏感器實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星對日定向，保證衛(wèi)星整星的能源供應(yīng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種衛(wèi)星從任意姿態(tài)到對日定向的控制方法，其特點(diǎn)是，該控制方法包含：
利用慣性基準(zhǔn)單元測量衛(wèi)星的慣性角度增量，微分后得到慣性角速度；
利用0-1式太陽敏感器測量太陽出現(xiàn)在星體的具體方位，進(jìn)行捕獲太陽，得到太陽方位信號；
利用太陽方位信號的變化控制衛(wèi)星姿態(tài)捕獲，減小太陽矢量與星體某一軸的夾角，以此進(jìn)行對日定向。
上述捕獲太陽的方法包含：
根據(jù)0-1式太陽敏感器輸出的太陽方位信號控制衛(wèi)星繞X、Z軸轉(zhuǎn)動捕獲太陽，使星體-Y方向有太陽信號。
上述對日定向方法包含：
當(dāng)星體僅在-Y方向有太陽信號時(shí)，控制星體X、Z軸以前一控制周期的捕獲角速度方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動，使星體處在對日定向狀態(tài)。
上述當(dāng)星體處于僅－Y方向有太陽信號狀態(tài)時(shí)，繼續(xù)用0-1式太陽敏感器的信息進(jìn)行對日定向控制，按式(1)、(2)、(3)得到控制指令力矩：
Ty(k)＝KPy∫ωy(k)dt+KDyωy(k) (2)
Tz(k)＝KPz(∫ωz(k)dt-Ψcz)+KDzωz(k) (3)
其中，X方向捕獲角度Z方向捕獲角度Ψcz根據(jù)星體6個(gè)方位出現(xiàn)太陽信號的變化確定；Tx，Ty，Tz為控制指令力矩；KPx，KPy，KPz，KDx，KDy，KDz為控制參數(shù)；ωx，ωy,ωz為三軸慣性角速度。
上述對日定向的過程中，當(dāng)處于星體±Z方向太陽出現(xiàn)信號未發(fā)生變化的狀態(tài)時(shí)，則X方向捕獲角度為0。
上述對日定向的過程中，當(dāng)處于星體±Z方向從有太陽信號變?yōu)闊o太陽信號狀態(tài)時(shí)，則確定X方向捕獲角度的方法包含：
當(dāng)-Y方向有太陽信號且-Z方向從有太陽信號變?yōu)闊o太陽信號時(shí)，X方向捕獲角度為正；
當(dāng)-Y方向有太陽信號且Z方向從有太陽信號變?yōu)闊o太陽信號時(shí)，X方向捕獲角度為負(fù)；
當(dāng)Z方向太陽信號不變化時(shí)，則X方向捕獲角度
上述的對日定向的過程中，當(dāng)處于星體±X方向從有太陽信號變?yōu)闊o太陽信號狀態(tài)時(shí)，則確定Z方向捕獲角度的方法包含：
當(dāng)-Y方向有太陽信號且-X方向從有太陽信號變?yōu)闊o太陽信號時(shí)，Z方向捕獲角度為正；
當(dāng)-Y方向有太陽信號且X方向從有太陽信號變?yōu)闊o太陽信號時(shí)，Z方向捕獲角度為負(fù)；
當(dāng)X方向太陽信號不變化時(shí)，則X方向姿態(tài)捕獲角度
一種衛(wèi)星從任意姿態(tài)到對日定向的控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是，控制系統(tǒng)包含：
慣性角速度獲取模塊，其利用慣性基準(zhǔn)單元測量衛(wèi)星的慣性角度增量，微分后得到慣性角速度；
太陽捕獲模塊，其利用0-1式太陽敏感器測量太陽出現(xiàn)在星體的具體方位，進(jìn)行捕獲太陽，得到太陽方位信號；
對日定向模塊，其利用太陽方位信號的變化控制衛(wèi)星姿態(tài)捕獲，減小太陽矢量與星體某一軸的夾角，以此進(jìn)行對日定向。
本發(fā)明衛(wèi)星從任意姿態(tài)到對日定向的控制方法和系統(tǒng)和現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明利用0-1式太陽敏感器的太陽方位信息不僅可以捕獲太陽，還利用其太陽方位信號的變化控制衛(wèi)星對日，為整星的能源供應(yīng)提供姿態(tài)保障，取得了僅用慣性基準(zhǔn)單元和0-1式太陽敏感器實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星從異常姿態(tài)到對日定向、提高衛(wèi)星姿態(tài)控制精度等有益效果；
本發(fā)明采用0-1式太陽敏感器簡單可靠，與慣性基準(zhǔn)單元組成的姿態(tài)測量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)星體對日定向，可以作為衛(wèi)星姿態(tài)控制的故障預(yù)案。
附圖說明
圖1為本發(fā)明衛(wèi)星從任意姿態(tài)到對日定向的控制方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。
如圖1所示，三軸穩(wěn)定衛(wèi)星因失去姿態(tài)基準(zhǔn)進(jìn)行全姿態(tài)捕獲時(shí)，首先要控制衛(wèi)星的太陽電池陣對日定向。本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星從任意姿態(tài)到對日定向的控制方法，該控制方法具體包含以下步驟：
S1、利用慣性基準(zhǔn)單元測量衛(wèi)星的慣性角度增量，微分后得到慣性角速度。
S2、利用0-1式太陽敏感器測量太陽出現(xiàn)在星體的具體方位，根據(jù)0-1式太陽敏感器輸出的太陽方位信號控制衛(wèi)星繞X、Z軸轉(zhuǎn)動捕獲太陽，使星體-Y方向有太陽信號，進(jìn)行捕獲太陽。
S3、利用太陽方位信號的變化控制衛(wèi)星姿態(tài)捕獲，減小太陽矢量與星體某一軸的夾角，以此進(jìn)行對日定向。
當(dāng)星體僅在-Y方向有太陽信號時(shí)，控制星體X、Z軸以前一控制周期的捕獲角速度方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動，使星體處在對日定向狀態(tài)。
當(dāng)星體處于僅－Y方向有太陽信號狀態(tài)時(shí)，繼續(xù)用0-1式太陽敏感器的信息進(jìn)行對日定向控制，按式(1)、(2)、(3)得到控制指令力矩：
Ty(k)＝KPy∫ωy(k)dt+KDyωy(k) (2)
Tz(k)＝KPz(∫ωz(k)dt-Ψcz)+KDzωz(k) (3)
其中，X方向捕獲角度Z方向捕獲角度Ψcz根據(jù)星體6個(gè)方位出現(xiàn)太陽信號的變化確定。Tx，Ty，Tz為控制指令力矩；KPx，KPy，KPz，KDx，KDy，KDz為控制參數(shù)，ωx，ωy,ωz為三軸慣性角速度。
對于X方向：對日定向的過程中，當(dāng)處于星體±Z方向太陽出現(xiàn)信號未發(fā)生變化的狀態(tài)時(shí)，則X方向捕獲角度為0，即
對日定向的過程中，當(dāng)處于星體±Z方向從有太陽信號變?yōu)闊o太陽信號狀態(tài)時(shí)，則確定X方向捕獲角度的方法包含：
步驟1、當(dāng)-Y方向有太陽信號且-Z方向從有太陽信號變?yōu)闊o太陽信號時(shí)，X方向捕獲角度為正；
步驟2、當(dāng)-Y方向有太陽信號且Z方向從有太陽信號變?yōu)闊o太陽信號時(shí)，X方向姿態(tài)捕獲角度為負(fù)；
步驟3、當(dāng)Z方向太陽信號不變化時(shí)，則X方向捕獲角度
對于Z方向，Z方向捕獲角度的確定方法與X方向類似。
對日定向的過程中，當(dāng)處于星體±X方向從有太陽信號變?yōu)闊o太陽信號狀態(tài)時(shí)，則確定Z方向捕獲角度的方法包含：
當(dāng)-Y方向有太陽信號且-X方向從有太陽信號變?yōu)闊o太陽信號時(shí)，Z方向捕獲角度為正；
當(dāng)-Y方向有太陽信號且X方向從有太陽信號變?yōu)闊o太陽信號時(shí)，Z方向捕獲角度為負(fù)；
當(dāng)X方向太陽信號不變化時(shí)，則X方向捕獲角度
本發(fā)明還公開了一種衛(wèi)星從任意姿態(tài)到對日定向的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)包含：慣性角速度獲取模塊、太陽捕獲模塊，以及連接慣性角速度獲取模塊和太陽捕獲模塊輸出的對日定向模塊。
慣性角速度獲取模塊用于利用慣性基準(zhǔn)單元測量衛(wèi)星的慣性角度增量，微分后得到慣性角速度。
太陽捕獲模塊用于利用0-1式太陽敏感器測量太陽出現(xiàn)在星體的具體方位，進(jìn)行捕獲太陽，得到太陽方位信號。
對日定向模塊用于利用太陽方位信號的變化控制衛(wèi)星姿態(tài)捕獲，減小太陽矢量與星體某一軸的夾角，以此進(jìn)行對日定向。
盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。