本發(fā)明屬于衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)與控制領(lǐng)域，具體地，涉及一種天線運(yùn)動(dòng)對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)的影響分析及前饋補(bǔ)償方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、衛(wèi)星上配置的數(shù)傳天線、星間通信天線、中繼天線等是實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備。衛(wèi)星天線通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)天線波束對(duì)特定目標(biāo)的跟蹤，天線運(yùn)動(dòng)將影響衛(wèi)星姿態(tài)，反過(guò)來(lái)衛(wèi)星姿態(tài)抖動(dòng)又將導(dǎo)致天線指向偏差。同時(shí)，若天線轉(zhuǎn)動(dòng)軸非天線主慣量軸，還將導(dǎo)致整星質(zhì)量特性的變化。因此，對(duì)于現(xiàn)代高精度高穩(wěn)定度的衛(wèi)星，有必要開(kāi)展天線運(yùn)動(dòng)對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)的影響分析及前饋補(bǔ)償方法，消除天線運(yùn)動(dòng)對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)的影響。

2、專利文獻(xiàn)《星載二維驅(qū)動(dòng)天線運(yùn)動(dòng)指標(biāo)計(jì)算方法》(cn105589465a)公開(kāi)了一種星載二維驅(qū)動(dòng)天線運(yùn)動(dòng)指標(biāo)計(jì)算方法，能夠指導(dǎo)衛(wèi)星選用二維驅(qū)動(dòng)天線的控制類型，但未涉及天線在軌機(jī)械運(yùn)動(dòng)的前饋補(bǔ)償。

3、專利文獻(xiàn)《一種星載天線三軸指向機(jī)構(gòu)精度補(bǔ)償方法》(cn107799875a)解決的是由于自身重力、裝調(diào)方法、在軌工作環(huán)境等因素導(dǎo)致機(jī)構(gòu)輸出軸指向與天線波束指向不重合，造成天線在軌指向偏差的技術(shù)問(wèn)題，但涉及的是誤差修正領(lǐng)域，而非天線在軌運(yùn)動(dòng)前饋補(bǔ)償。

4、專利文獻(xiàn)《環(huán)型天線展開(kāi)過(guò)程豎桿等效衛(wèi)星姿態(tài)運(yùn)動(dòng)建模方法及系統(tǒng)》(cn108984840a)涉及到建模的算法層面，保證天線展開(kāi)過(guò)程的計(jì)算精度，提高計(jì)算的快速性，降低建模復(fù)雜度，但未涉及天線在軌機(jī)械運(yùn)動(dòng)的前饋補(bǔ)償。

5、論文《feedforward?attitude?control?for?a?tdrs?with?mobile?antennas》(哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(英文版))提出了一種配置大型可運(yùn)動(dòng)天線的中繼衛(wèi)星姿態(tài)前饋補(bǔ)償方法，但未涉及天線運(yùn)動(dòng)引起的整星質(zhì)心變化情況。

6、論文《大型柔性天線運(yùn)動(dòng)對(duì)中繼衛(wèi)星姿態(tài)影響的分析》(北京理工大學(xué)學(xué)報(bào))以跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星為分析對(duì)象，建立了整星多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，分析了天線運(yùn)動(dòng)作用下，柔性天線和其它附件的綜合作用對(duì)星本體姿態(tài)的影響，但并未涉及前饋補(bǔ)償方法。

7、本發(fā)明通過(guò)計(jì)算天線運(yùn)動(dòng)期間天線質(zhì)心在衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系下的位置矢量、整星質(zhì)心在衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系下的位置矢量、天線運(yùn)動(dòng)期間天線質(zhì)心在衛(wèi)星質(zhì)心坐標(biāo)系下的速度矢量之余，還計(jì)算了天線運(yùn)動(dòng)相對(duì)整星質(zhì)心的角動(dòng)量，從而得到控制系統(tǒng)角動(dòng)量裝置前饋角動(dòng)量補(bǔ)償量，在一個(gè)衛(wèi)星指向精度和穩(wěn)定度要求極高的應(yīng)用場(chǎng)景中，為天線運(yùn)動(dòng)對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)的影響分析及前饋補(bǔ)償?shù)木唧w工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種天線運(yùn)動(dòng)對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)的影響分析及前饋補(bǔ)償方法及系統(tǒng)。

2、根據(jù)本發(fā)明提供的一種天線運(yùn)動(dòng)對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)的影響分析及前饋補(bǔ)償方法，包括：

3、天線質(zhì)心矢量計(jì)算步驟：計(jì)算天線運(yùn)動(dòng)期間天線質(zhì)心在衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系下的天線質(zhì)心矢量。

4、整星質(zhì)心矢量計(jì)算步驟：計(jì)算整星質(zhì)心在衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系下的整星質(zhì)心矢量。

5、天線質(zhì)心運(yùn)動(dòng)線速度矢量計(jì)算步驟：計(jì)算天線運(yùn)動(dòng)期間天線質(zhì)心在衛(wèi)星質(zhì)心坐標(biāo)系下的天線質(zhì)心運(yùn)動(dòng)線速度矢量。

6、角動(dòng)量補(bǔ)償量計(jì)算步驟：計(jì)算天線運(yùn)動(dòng)相對(duì)整星質(zhì)心的角動(dòng)量，得到控制系統(tǒng)角動(dòng)量裝置的前饋角動(dòng)量補(bǔ)償量。

7、優(yōu)選地，所述天線質(zhì)心矢量計(jì)算步驟包括：衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系為ojxjyjzj，原點(diǎn)為oj，天線到機(jī)械原點(diǎn)的矢量表示為

8、其中，表示天線安裝矢量。

9、表示天線展開(kāi)臂矢量。

10、表示天線旋轉(zhuǎn)軸矢量。

11、表示天線質(zhì)心矢量，隨著天線的運(yùn)動(dòng)而變化，初始時(shí)刻天線質(zhì)心矢量記為

12、天線坐標(biāo)系為cxayaza，原點(diǎn)為c。

13、z軸為沿天線旋轉(zhuǎn)軸，

14、y軸垂直于天線旋轉(zhuǎn)軸，

15、x軸為cxa，cxa＝cya×cza。

16、天線坐標(biāo)系cxayaza中的天線質(zhì)心初始矢量計(jì)算方式為

17、其中，

18、θ表示天線質(zhì)心矢量與天線旋轉(zhuǎn)軸矢量的夾角。

19、天線坐標(biāo)系cxayaza中的天線質(zhì)心矢量計(jì)算方式為

20、其中，α表示繞cza軸旋轉(zhuǎn)角。

21、rz(α)表示繞z軸的旋轉(zhuǎn)矩陣。

22、衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系ojxjyjzj中天線質(zhì)心矢量表示為

23、其中，aja表示天線坐標(biāo)系cxayaza到機(jī)械坐標(biāo)系ojxjyjzj的轉(zhuǎn)換矩陣。

24、優(yōu)選地，所述整星質(zhì)心矢量計(jì)算步驟包括：衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系為ojxjyjzj中，整星質(zhì)心矢量為

25、其中，表示衛(wèi)星本體質(zhì)心矢量。

26、表示天線到機(jī)械原點(diǎn)的矢量。

27、表示整星質(zhì)心到本體質(zhì)心的矢量。

28、表示天線到本體質(zhì)心的矢量。

29、mb表示衛(wèi)星本體質(zhì)量。

30、ma表示天線質(zhì)量。

31、優(yōu)選地，所述天線質(zhì)心運(yùn)動(dòng)線速度矢量計(jì)算步驟包括：天線質(zhì)心運(yùn)動(dòng)線速度矢量在天線坐標(biāo)系cxayaza可表示為(va)a，

32、其中，ωa表示天線旋轉(zhuǎn)角速度。

33、表示天線坐標(biāo)系cxayaza中的天線質(zhì)心矢量。

34、衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系ojxjyjzj中的天線質(zhì)心運(yùn)動(dòng)線速度矢量表示為(va)j，(va)j＝aja·(va)a。

35、其中，aja表示天線坐標(biāo)系cxayaza到機(jī)械坐標(biāo)系ojxjyjzj的轉(zhuǎn)換矩陣。

36、所述角動(dòng)量補(bǔ)償量計(jì)算步驟包括：衛(wèi)星質(zhì)心坐標(biāo)系與衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系三軸平行，僅坐標(biāo)原點(diǎn)平移至整星質(zhì)心。

37、衛(wèi)星質(zhì)心坐標(biāo)系中天線運(yùn)動(dòng)引起的相對(duì)整星質(zhì)心的角動(dòng)量為hsa，

38、其中，ja表示天線繞自身質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

39、ma表示天線質(zhì)量。

40、表示天線安裝矢量。

41、表示天線展開(kāi)臂矢量。

42、表示天線旋轉(zhuǎn)軸矢量。

43、表示衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系為ojxjyjzj中天線質(zhì)心矢量。

44、表示衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系為ojxjyjzj中整星質(zhì)心矢量。

45、輸出至控制系統(tǒng)角動(dòng)量裝置的前饋角動(dòng)量補(bǔ)償量為-hsa。

46、根據(jù)本發(fā)明提供的一種天線運(yùn)動(dòng)對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)的影響分析及前饋補(bǔ)償系統(tǒng)，包括：

47、天線質(zhì)心矢量計(jì)算模塊：計(jì)算天線運(yùn)動(dòng)期間天線質(zhì)心在衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系下的天線質(zhì)心矢量。

48、整星質(zhì)心矢量計(jì)算模塊：計(jì)算整星質(zhì)心在衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系下的整星質(zhì)心矢量。

49、天線質(zhì)心運(yùn)動(dòng)線速度矢量計(jì)算模塊：計(jì)算天線運(yùn)動(dòng)期間天線質(zhì)心在衛(wèi)星質(zhì)心坐標(biāo)系下的天線質(zhì)心運(yùn)動(dòng)線速度矢量。

50、角動(dòng)量補(bǔ)償量計(jì)算模塊：計(jì)算天線運(yùn)動(dòng)相對(duì)整星質(zhì)心的角動(dòng)量，得到控制系統(tǒng)角動(dòng)量裝置的前饋角動(dòng)量補(bǔ)償量。

51、優(yōu)選地，所述天線質(zhì)心矢量計(jì)算模塊中：衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系為ojxjyjzj，原點(diǎn)為oj，天線到機(jī)械原點(diǎn)的矢量表示為

52、其中，表示天線安裝矢量。

53、表示天線展開(kāi)臂矢量。

54、表示天線旋轉(zhuǎn)軸矢量。

55、表示天線質(zhì)心矢量，隨著天線的運(yùn)動(dòng)而變化，初始時(shí)刻天線質(zhì)心矢量記為

56、天線坐標(biāo)系為cxayaza，原點(diǎn)為c。

57、z軸為沿天線旋轉(zhuǎn)軸，

58、y軸垂直于天線旋轉(zhuǎn)軸，

59、x軸為cxa，cxa＝cya×cza。

60、天線坐標(biāo)系cxayaza中的天線質(zhì)心初始矢量計(jì)算方式為

61、其中，

62、θ表示天線質(zhì)心矢量與天線旋轉(zhuǎn)軸矢量的夾角。

63、天線坐標(biāo)系cxayaza中的天線質(zhì)心矢量計(jì)算方式為

64、其中，α表示繞cza軸旋轉(zhuǎn)角。

65、rz(α)表示繞z軸的旋轉(zhuǎn)矩陣。

66、衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系ojxjyjzj中天線質(zhì)心矢量表示為

67、其中，aja表示天線坐標(biāo)系cxayaza到機(jī)械坐標(biāo)系ojxjyjzj的轉(zhuǎn)換矩陣。

68、優(yōu)選地，所述整星質(zhì)心矢量計(jì)算模塊中：衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系為ojxjyjzj中，整星質(zhì)心矢量為

69、其中，表示衛(wèi)星本體質(zhì)心矢量。

70、表示天線到機(jī)械原點(diǎn)的矢量。

71、表示整星質(zhì)心到本體質(zhì)心的矢量。

72、表示天線到本體質(zhì)心的矢量。

73、mb表示衛(wèi)星本體質(zhì)量。

74、ma表示天線質(zhì)量。

75、優(yōu)選地，所述天線質(zhì)心運(yùn)動(dòng)線速度矢量計(jì)算模塊中：天線質(zhì)心運(yùn)動(dòng)線速度矢量在天線坐標(biāo)系cxayaza可表示為(va)a，

76、其中，ωa表示天線旋轉(zhuǎn)角速度。

77、表示天線坐標(biāo)系cxayaza中的天線質(zhì)心矢量。

78、衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系ojxjyjzj中的天線質(zhì)心運(yùn)動(dòng)線速度矢量表示為(va)j，(va)j＝aja·(va)a。

79、其中，aja表示天線坐標(biāo)系cxayaza到機(jī)械坐標(biāo)系ojxjyjzj的轉(zhuǎn)換矩陣。

80、所述角動(dòng)量補(bǔ)償量計(jì)算模塊中：衛(wèi)星質(zhì)心坐標(biāo)系與衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系三軸平行，僅坐標(biāo)原點(diǎn)平移至整星質(zhì)心。

81、衛(wèi)星質(zhì)心坐標(biāo)系中天線運(yùn)動(dòng)引起的相對(duì)整星質(zhì)心的角動(dòng)量為hsa，

82、其中，ja表示天線繞自身質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

83、ma表示天線質(zhì)量。

84、表示天線安裝矢量。

85、表示天線展開(kāi)臂矢量。

86、表示天線旋轉(zhuǎn)軸矢量。

87、表示衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系為ojxjyjzj中天線質(zhì)心矢量。

88、表示衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系為ojxjyjzj中整星質(zhì)心矢量。

89、輸出至控制系統(tǒng)角動(dòng)量裝置的前饋角動(dòng)量補(bǔ)償量為-hsa。

90、根據(jù)本發(fā)明提供的一種存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述的天線運(yùn)動(dòng)對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)的影響分析及前饋補(bǔ)償方法的步驟。

91、根據(jù)本發(fā)明的一種衛(wèi)星系統(tǒng)，包括所述的天線運(yùn)動(dòng)對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)的影響分析及前饋補(bǔ)償系統(tǒng)，或者所述的存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。

92、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

93、1、本發(fā)明綜合表征天線質(zhì)心矢量、整星質(zhì)心矢量、天線質(zhì)心運(yùn)動(dòng)線速度矢量對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)、天線指向偏差的影響，考慮了天線轉(zhuǎn)動(dòng)軸非天線主慣量軸，天線運(yùn)動(dòng)引起的整星質(zhì)心變化情況，更好地消除天線運(yùn)動(dòng)對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)的影響。

94、2、本發(fā)明計(jì)算天線運(yùn)動(dòng)相對(duì)整星質(zhì)心的角動(dòng)量，根據(jù)控制系統(tǒng)角動(dòng)量裝置的前饋角動(dòng)量補(bǔ)償量，為天線運(yùn)動(dòng)對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)的影響分析及前饋補(bǔ)償?shù)木唧w工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

95、3、本發(fā)明通過(guò)對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)的影響分析及前饋補(bǔ)償，消除天線運(yùn)動(dòng)對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)的影響，為針對(duì)天線在軌機(jī)械運(yùn)動(dòng)的前饋補(bǔ)償。