一种基于中继星测控的卫星姿态指向方法和系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113830330A(43)申请公布日2021.12.24(21)申请号202111161408.3(22)申请日2021.09.30(71)申请人北京控制工程研究所地址100080北京市海淀区北京2729信箱(72)发明人黎飞林佳伟李巍李建平王春元何刚李乐尧韩明仁(74)专利代理机构中国航天科技专利中心11009代理人杨春颖(51)Int.Cl.B64G1/24(2006.01)权利要求书4页说明书11页附图5页(54)发明名称一种基于中继星测控的卫星姿态指向方法和系统(57)摘要本发明公开了一种基于中继星测控的卫星姿态指向方法和系统，该方法包括：计算得到太阳矢量在目标本体坐标系中的投影坐标；根据太阳矢量在目标本体坐标系中的投影坐标，解算得到目标四元数；根据解算得到的目标四元数，进行机动路径规划，得到机动路径规划后的目标四元数；根据机动路径规划后的目标四元数，进行卫星姿态指向调节。本发明可在测控天线不可转动时建立用户星对中继星的测控链路，在姿态指向期间同时考虑了测控天线指向中继星的需求和太阳帆板对日需求，保障了能源的有效利用。CN113830330ACN113830330A权利要求书1/4页1.一种基于中继星测控的卫星姿态指向方法，其特征在于，包括：计算得到太阳矢量在目标本体坐标系中的投影坐标；根据太阳矢量在目标本体坐标系中的投影坐标，解算得到目标四元数；根据解算得到的目标四元数，进行机动路径规划，得到机动路径规划后的目标四元数；根据机动路径规划后的目标四元数，进行卫星姿态指向调节。2.根据权利要求1所述的基于中继星测控的卫星姿态指向方法，其特征在于，还包括：在进行卫星姿态指向调节的同时，根据太阳矢量在目标本体坐标系中的坐标，控制帆板转动，实现帆板法线对日。3.根据权利要求2所述的基于中继星测控的卫星姿态指向方法，其特征在于，计算得到太阳矢量在目标本体坐标系中的投影坐标，包括：根据太阳星历和卫星轨道位置，确定惯性坐标系下的太阳矢量和中继星矢量根据测控天线在本体坐标系下的安装坐标(ax,ay,az)，确定测控天线在目标本体坐标系下的投影的坐标：建立如下方程组(1)：其中，θ为与的夹角，sx和sz为方程组(1)的两个待求解；对方程组(1)进行求解，得到方程组(1)的解算结果；其中，方程组(1)的解算结果包括如下两组解：和根据方程组(1)的解算结果，确定太阳矢量在目标本体坐标系下的投影的坐标：4.根据权利要求3所述的基于中继星测控的卫星姿态指向方法，其特征在于，2CN113830330A权利要求书2/4页当即测控天线未指向卫星本体系的Y轴时，方程组(1)有解，且为实数解；若sx1≠sx2，则选取与上一拍接近的一组解作为方程组(1)当前拍的解算结果。5.根据权利要求3所述的基于中继星测控的卫星姿态指向方法，其特征在于，根据太阳矢量在目标本体坐标系中的投影坐标，解算得到目标四元数，包括：根据和利用矢量叉乘，得到第一矩阵Mi和第二矩阵Mb：其中，和分别为由和生成的呈正交的3个坐标轴矢量，和分别为由和生成的呈正交的3个坐标轴矢量，根据双矢量定姿原理，得到目标本体坐标系相对惯性坐标系的方向余弦矩阵Cbi：根据方向余弦矩阵Cbi，解算得到目标四元数qbi。6.根据权利要求5所述的基于中继星测控的卫星姿态指向方法，其特征在于，根据解算得到的目标四元数，进行机动路径规划，得到机动路径规划后的目标四元数，包括：获取某定向姿态下的四元数q；根据qbi和q，解算得到误差四元数qe：其中，表示四元数乘法运算；根据四元数与欧拉轴角的对应关系，将误差四元数qe表示为：其中，表示误差四元数对应的欧拉转角；qe0、qe1、qe2和qe3分别为qe的四个元数；联立公式(2)和(3)，解算得到误差四元数对应的欧拉转角和欧拉转轴：其中，Eq表示误差四元数对应的欧拉转轴，ex、ey和ez分别为Eq的3个分量；进行机动路径规划，得到机动路径规划后的目标四元数。3CN113830330A权利要求书3/4页7.根据权利要求6所述的基于中继星测控的卫星姿态指向方法，其特征在于，进行机动路径规划，得到机动路径规划后的目标四元数，包括：根据误差四元数对应的欧拉转角，计算得到误差四元数对应的欧拉转角的误差和增益：其中，表示第i时刻误差四元数对应的欧拉转角的误差，表示第i时刻误差四元数对应的欧拉转角，表示第i时刻机动路径规划后的的拉转角，k(i)表示第i时刻误差四元数对应的欧拉转角的增益，α和k0分别为误差四元数对应的欧拉转角的增益中的两个系数；根据和k(i)，计算得到第i时刻的输入角速度v(i)：根据v(i)与角速度限幅阈值的关系，得到经角速度限幅后的角速度：其中，vin(i)表示第i时刻经角速度限幅后的角