一種傾斜軌道衛(wèi)星偏航機動的自主控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種傾斜軌道衛(wèi)星偏航機動的自主控制方法，該方法包含：測算當前時刻的太陽高度角和衛(wèi)星偏航軸姿態(tài)；根據(jù)兩個不同時刻的太陽高度角得到太陽相對衛(wèi)星運動方向；根據(jù)當前時刻的太陽高度角確定衛(wèi)星偏航軸期望姿態(tài)；根據(jù)當前時刻的太陽高度角、當前時刻的衛(wèi)星偏航軸姿態(tài)和太陽相對衛(wèi)星運動方向，確定偏航機動目標值和偏航機動模式；衛(wèi)星執(zhí)行機構(gòu)啟控，控制衛(wèi)星從當前時刻的衛(wèi)星偏航軸姿態(tài)至衛(wèi)星偏航軸期望姿態(tài)進行偏航軸姿態(tài)機動。本發(fā)明通過衛(wèi)星的偏航軸姿態(tài)機動，使衛(wèi)星形成了近似固定的背陽面，星敏感器布局設(shè)計可以避開陽光照射，保護了星敏感器，確保了星敏感器測量數(shù)據(jù)的連續(xù)輸出。
【專利說明】一種傾斜軌道衛(wèi)星偏航機動的自主控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星的控制技術(shù)，具體涉及一種傾斜軌道衛(wèi)星偏航機動的自主控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]傾斜軌道衛(wèi)星對實現(xiàn)某種特定的任務目標具有更多的優(yōu)勢，在某些如電子偵察、科學觀測、導航星座等領(lǐng)域中，傾斜軌道衛(wèi)星得到了較為廣泛的應用。
[0003]但是傾斜軌道上，太陽會從軌道面的一側(cè)連續(xù)地運動到另一側(cè)，太陽光與軌道面夾角(太陽高度角β)會在-90°?90°之間連續(xù)地變化。傾斜軌道衛(wèi)星在軌光照情況復雜是衛(wèi)星研制的難點。
[0004]其缺點在于:
傾斜軌道衛(wèi)星不論星敏感器如何布局，太陽光都將進入星敏感器視場，難以滿足姿態(tài)測量數(shù)據(jù)連續(xù)輸出的要求，并且陽光照射會對星敏感器造成損害；
傾斜軌道上太陽相對衛(wèi)星的位置變化為二維運動，衛(wèi)星僅使用一維驅(qū)動太陽電池陣不能保證帆板始終對日，不能滿足能源供應要求；
傾斜軌道星體各面均能受到陽光照射，難以選擇固定散熱面，給熱控設(shè)計帶來很大困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種傾斜軌道衛(wèi)星偏航機動的自主控制方法，使衛(wèi)星能夠適應傾斜軌道復雜的太陽光照環(huán)境。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種傾斜軌道衛(wèi)星偏航機動的自主控制方法，其特點是，該方法包含:
測算當前時刻的太陽高度角P1和衛(wèi)星偏航軸姿態(tài)V1;
根據(jù)兩個不同時刻的太陽高度角得到太陽相對衛(wèi)星運動方向；
根據(jù)當前時刻的太陽高度角β i確定衛(wèi)星偏航軸期望姿態(tài)Ψο;
根據(jù)當前時刻的太陽高度角P1、當前時刻的衛(wèi)星偏航軸姿態(tài)V1和太陽相對衛(wèi)星運動方向，確定偏航機動目標值和偏航機動模式；
衛(wèi)星執(zhí)行機構(gòu)啟控，控制衛(wèi)星從當前時刻的衛(wèi)星偏航軸姿態(tài)V1至衛(wèi)星偏航軸期望姿態(tài)Ψ O進行偏航軸姿態(tài)機動。
[0007]根據(jù)當前時刻的太陽高度角β !確定衛(wèi)星偏航軸期望姿態(tài)Vtl具體包含:
若O。< ￠^40°，則衛(wèi)星偏航軸期望姿態(tài)ψ(ι=0° ；
若40° ( ￠^90°，則衛(wèi)星偏航軸期望姿態(tài)11^=-90° ；
若-40° ( ^!<0°，則衛(wèi)星偏航軸期望姿態(tài)Ψα=180° ；
若-90° ( ^!<-40°，則衛(wèi)星偏航軸期望姿態(tài)Ψα=90°。
[0008]確定偏航機動目標值和偏航機動模式包含: 若^>40°且UT1=O °，則衛(wèi)星進行O °至-90°偏航軸姿態(tài)機動；
若彡40°且1^=-90°，則衛(wèi)星進行-90°至0°偏航軸姿態(tài)機動；
若^彡2°且ψρΟ。，太陽相對衛(wèi)星運動方向=_1，則衛(wèi)星進行0°至180°偏航軸姿態(tài)機動；
若β:彡-40°且11^=180°，則衛(wèi)星進行180°至90°偏航軸姿態(tài)機動；
若彡-40°且11^=90°，則衛(wèi)星進行90°至180°偏航軸姿態(tài)機動；
若-2°且Ψι=180°，太陽相對衛(wèi)星運動方向=1，則衛(wèi)星進行180°至0°偏航軸姿態(tài)機動。
[0009]衛(wèi)星進行偏航軸姿態(tài)機動到位后，更新衛(wèi)星上的系統(tǒng)狀態(tài)設(shè)置。
[0010]太陽高度角按照:0° —90° —0° —-90° -0°的順序為規(guī)律周期性變化；每個變化周期內(nèi)進行偏航軸姿態(tài)機動。
[0011 ] 在太陽高度角的一個變化周期內(nèi)，衛(wèi)星進行6次偏航軸姿態(tài)機動。
[0012]上述衛(wèi)星進行偏航軸姿態(tài)機動的幅度為90°和/或180°。
[0013]本發(fā)明一種傾斜軌道衛(wèi)星偏航機動的自主控制方法和現(xiàn)有技術(shù)的傾斜軌道衛(wèi)星技術(shù)相比，其優(yōu)點在于，本發(fā)明通過衛(wèi)星的偏航軸姿態(tài)機動，使衛(wèi)星形成了近似固定的背陽面，星敏感器布局設(shè)計可以避開陽光照射，保護了星敏感器，確保了星敏感器測量數(shù)據(jù)的連續(xù)輸出；
本發(fā)明通過衛(wèi)星星體的偏航軸姿態(tài)機動，衛(wèi)星配置一維驅(qū)動太陽電池陣即可實現(xiàn)帆板對日定向，確保滿足能源供應要求；
本發(fā)明星體偏航軸姿態(tài)機動控制技術(shù)已經(jīng)成熟，通過星體偏航機動，可以使衛(wèi)星適應傾斜軌道復雜的光照情況，提高了姿控系統(tǒng)的可靠性；
本發(fā)明通過偏航軸姿態(tài)機動，使衛(wèi)星具有了固定的散熱面，解決了整星熱控設(shè)計的困難。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明一種傾斜軌道衛(wèi)星偏航機動的自主控制方法的流程圖；
圖2為本發(fā)明一種傾斜軌道衛(wèi)星偏航機動的自主控制方法的實施示意圖。

【具體實施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖，進一步說明本發(fā)明的具體實施例。
[0016]本發(fā)明公開一種傾斜軌道衛(wèi)星偏航機動的自主控制方法，考慮整星熱控要求和姿態(tài)敏感器視場要求，控制衛(wèi)星偏航軸進行幅度為90°和/或180°的姿態(tài)機動。在一個太陽高度角變化周期(約4個月)內(nèi)，衛(wèi)星共進行6次偏航姿態(tài)機動。上述太陽高度角周期性變化的順序依次是:0°至90°，由90°至0°，再由0°至-90°，最后由-90°至0°。每個變化周期內(nèi)采用上述傾斜軌道衛(wèi)星偏航機動的自主控制方法進行偏航機動控制。
[0017]如圖1所示，該自主控制方法具體包含以下步驟:
步驟1、測算當前時刻的太陽高度角P1和衛(wèi)星偏航軸姿態(tài)Ψρ
[0018]步驟2、根據(jù)兩個不同時刻的太陽高度角得到太陽相對衛(wèi)星運動方向Dflag。
[0019]具體方法流程如下: 在時刻to，計算得到to時刻的太陽高度角β。；
在時刻tl (tl>tO),計算得到tl時刻的太陽高度角βι ；
計算太陽高度角變化Λ
若Λ β > O,則太陽相對衛(wèi)星運動方向Dflag=I ；
若Λ β < O,則太陽相對衛(wèi)星運動方向Dflag=-1。
[0020]步驟3、根據(jù)當前時刻的太陽高度角β !確定衛(wèi)星偏航軸期望姿態(tài)Ψ0。
[0021]若0°彡^〈40°，則衛(wèi)星偏航軸期望姿態(tài)Ψ0=0°。
[0022]若40° ( ^〈90°，則衛(wèi)星偏航軸期望姿態(tài)Ψ0=_90°。
[0023]若-40° ( ^!<0°，則衛(wèi)星偏航軸期望姿態(tài)Ψ0=180°。
[0024]若-90。( ^!<-40°，則衛(wèi)星偏航軸期望姿態(tài)Ψ0=90°。
[0025]步驟4、根據(jù)當前時刻的太陽高度角β 1、當前時刻的衛(wèi)星偏航軸姿態(tài)^和太陽相對衛(wèi)星運動方向，確定偏航機動目標值和偏航機動模式。
[0026]若β i彡40°且Ψι=0°，則衛(wèi)星進行0°至-90°偏航軸姿態(tài)機動；
若彡40°且1^=-90°，則衛(wèi)星進行-90°至0°偏航軸姿態(tài)機動。
[0027]若β i彡2°且Ψι=0°，太陽相對衛(wèi)星運動方向=_1，則衛(wèi)星進行0°至180°偏航軸姿態(tài)機動。
[0028]若^彡-40°且11^=180°，則衛(wèi)星進行180°至90°偏航軸姿態(tài)機動。
[0029]若P1S-40°且11^=90°，則衛(wèi)星進行90°至180°偏航軸姿態(tài)機動。
[0030]若-2°且11^=180°，太陽相對衛(wèi)星運動方向=1，則衛(wèi)星進行180°至0°偏航軸姿態(tài)機動。
[0031]步驟5、衛(wèi)星執(zhí)行機構(gòu)啟控，控制衛(wèi)星從當前時刻的衛(wèi)星偏航軸姿態(tài)V1至衛(wèi)星偏航軸期望姿態(tài)Ψο進行偏航軸姿態(tài)機動。衛(wèi)星進行偏航軸姿態(tài)機動到位后，更新衛(wèi)星上的系統(tǒng)狀態(tài)設(shè)置。
[0032]如圖2所示，為本發(fā)明傾斜軌道衛(wèi)星偏航機動的自主控制方法的一個實施例。
[0033]在起始狀態(tài)，即狀態(tài)I處，太陽位于衛(wèi)星的-Y側(cè)。隨著太陽與衛(wèi)星軌道的運動，太陽高度角會正向增大。當太陽高度角在40°附近時，衛(wèi)星進行0°至-90°的偏航姿態(tài)機動，成為狀態(tài)2 (偏航姿態(tài)偏置-90° )。此時太陽每軌交替照射在衛(wèi)星的+Y側(cè)和-Y側(cè)，但是太陽光與星體+Υ/-Υ面的夾角將會逐漸變小，最小可達3°以內(nèi)。
[0034]在衛(wèi)星偏航姿態(tài)偏置-90°期間里，隨著太陽的運動，太陽高度角的變化過程為先逐漸增大到接近90°再逐漸減小。當太陽高度角逐漸減小到40°附近時，衛(wèi)星進行-90°至0°的偏航姿態(tài)機動，成為狀態(tài)3 (偏航姿態(tài)偏置0° )。此時太陽仍然照射在衛(wèi)星的-Y面。
[0035]隨后太陽高度角繼續(xù)減小且太陽將運動到衛(wèi)星的+Y側(cè)，為保證星敏規(guī)避太陽光，當太陽高度角在2°?0°范圍內(nèi)衛(wèi)星進行0°至180°的偏航姿態(tài)機動，成為狀態(tài)4(偏航姿態(tài)偏置180° )。機動完成后，太陽仍將照在衛(wèi)星的-Y側(cè)，確保安裝有星敏感器和散熱面的衛(wèi)星+Y側(cè)為背陽面。
[0036]在偏航姿態(tài)偏置180°期間，隨著太陽的運動,太陽高度角將逐漸負向增大。當太陽高度角負向增加到-40°附近時，衛(wèi)星進行180°至90°的偏航姿態(tài)機動，成為狀態(tài)5(偏航姿態(tài)偏置+90° )。此時的情況與偏航姿態(tài)偏置-90°時相同。
[0037]在偏航姿態(tài)偏置90°期間，隨著太陽的運動，太陽高度角將先逐漸負向增大再逐漸負向減小。當太陽高度角負向減小到-40°附近時，衛(wèi)星進行90°至180°的偏航姿態(tài)機動，成為狀態(tài)6 (偏航姿態(tài)偏置180° )。
[0038]當太陽高度角繼續(xù)減小到0°附近且太陽將運動到衛(wèi)星的+Y偵彳，為保證星敏規(guī)避太陽光，當太陽高度角在-2°?0°范圍內(nèi)衛(wèi)星進行180°至0°的偏航姿態(tài)機動，成為狀態(tài)I (偏航姿態(tài)偏置O ° )。
[0039]以后的偏航姿態(tài)機動過程相同，都是根據(jù)太陽與衛(wèi)星軌道面夾角的變化情況按此規(guī)律循環(huán)進行偏航姿態(tài)機動。
[0040]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發(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)明的保護范圍應由所附的權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種傾斜軌道衛(wèi)星偏航機動的自主控制方法，其特征在于，該方法包含: 測算當前時刻的太陽高度角P1和衛(wèi)星偏航軸姿態(tài)V1; 根據(jù)兩個不同時刻的太陽高度角得到太陽相對衛(wèi)星運動方向； 根據(jù)當前時刻的太陽高度角β工確定衛(wèi)星偏航軸期望姿態(tài)Ψο; 根據(jù)當前時刻的太陽高度角P1、當前時刻的衛(wèi)星偏航軸姿態(tài)V1和太陽相對衛(wèi)星運動方向，確定偏航機動目標值和偏航機動模式； 衛(wèi)星執(zhí)行機構(gòu)啟控，控制衛(wèi)星進行從當前時刻的衛(wèi)星偏航軸姿態(tài)V1至衛(wèi)星偏航軸期望姿態(tài)V。的偏航軸姿態(tài)機動。
2.如權(quán)利要求1所述的傾斜軌道衛(wèi)星偏航機動的自主控制方法，其特征在于，根據(jù)當前時刻的太陽高度角β i確定衛(wèi)星偏航軸期望姿態(tài)Ψο具體包含: 若O。< ￠^40°，則衛(wèi)星偏航軸期望姿態(tài)ψ(ι=0° ； 若40° ( ￠^90°，則衛(wèi)星偏航軸期望姿態(tài)11^=-90° ； 若-40° ( ^!<0°，則衛(wèi)星偏航軸期望姿態(tài)Ψα=180° ； 若-90° ( ^!<-40°，則衛(wèi)星偏航軸期望姿態(tài)Ψα=90°。
3.如權(quán)利要求1所述的傾斜軌道衛(wèi)星偏航機動的自主控制方法，其特征在于，確定偏航機動目標值和偏航機動模式包含: 若40°且UT1=O °，則衛(wèi)星進行O °至-90°偏航軸姿態(tài)機動； 若彡40°且1^=-90°，則衛(wèi)星進行-90°至0°偏航軸姿態(tài)機動； 若^彡2°且ψρΟ。，太陽相對衛(wèi)星運動方向=_1，則衛(wèi)星進行0°至180°偏航軸姿態(tài)機動； 若β:彡-40°且11^=180°，則衛(wèi)星進行180°至90°偏航軸姿態(tài)機動； 若彡-40°且11^=90°，則衛(wèi)星進行90°至180°偏航軸姿態(tài)機動； 若-2°且Ψι=180°，太陽相對衛(wèi)星運動方向=1，則衛(wèi)星進行180°至0°偏航軸姿態(tài)機動。
4.如權(quán)利要求1所述的傾斜軌道衛(wèi)星偏航機動的自主控制方法，其特征在于，衛(wèi)星進行偏航軸姿態(tài)機動到位后，更新衛(wèi)星上的系統(tǒng)狀態(tài)設(shè)置。
5.如權(quán)利要求1所述的傾斜軌道衛(wèi)星偏航機動的自主控制方法，其特征在于，太陽高度角按照:0° —90° —0° —-90° —0°的順序為規(guī)律周期性變化；每個變化周期內(nèi)進行偏航軸姿態(tài)機動。
6.如權(quán)利要求1或5所述的傾斜軌道衛(wèi)星偏航機動的自主控制方法，其特征在于，在太陽高度角的一個變化周期內(nèi)，衛(wèi)星進行6次偏航軸姿態(tài)機動。
7.如權(quán)利要求1所述的傾斜軌道衛(wèi)星偏航機動的自主控制方法，其特征在于，所述衛(wèi)星進行偏航軸姿態(tài)機動的幅度為90°和/或180°。
【文檔編號】G05D1/10GK104181930SQ201410441936
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)明者】豐保民, 朱虹, 葉立軍, 季誠勝, 陳占勝, 王蕊, 徐峰, 朱文山, 謝挺 申請人:上海新躍儀表廠