基於角速度跟蹤的變軌姿態保持控制方法與流程

2023-10-09 22:57:09 4

本發明涉及基於角速度跟蹤的變軌姿態保持控制方法，具體涉及一種大推力變軌期間利用陀螺信息的姿態跟蹤控制方法。

背景技術：

由於運載能力受限，無法直接將衛星送入預定軌道。尤其是高軌衛星一般需要依靠自身變軌進入目標軌道。轉移段變軌控制是一般高軌衛星一個過程，變軌期間的姿態控制是實現成功變軌的基礎。

目前國內常用的方法是採用地球敏感器和太陽敏感器分別確定地球和太陽的指向，聯合確定在變軌期間衛星的姿態指向。該方法突出的矛盾是其一對太陽、地球、衛星三者的關係約束強，導致衛星的發射窗口大大受限；其二，部分衛星變軌姿態下使用的地球敏感器在進入目標軌道後的正常姿態下地球是不可見的，引起的很大的資源浪費。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種基於角速度跟蹤的變軌姿態保持控制方法，通過充分利用星上資源，解決高軌衛星變軌期間的姿態控制問題，實現高精度高可靠控制。

為了實現以上目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種基於角速度跟蹤的變軌姿態保持控制方法，包含以下過程：根據變軌策略地面仿真模擬變軌過程，計算整個變軌過程中衛星x、y與z三軸姿態角速度。通過二次曲線擬合理論計算變軌期間的三軸慣性姿態角速度，並上注二次曲線係數。在實施過程中，根據星敏和陀螺信息建立初始變軌指向姿態。在變軌期間利用陀螺信息連續跟蹤理論變軌期間理論慣性姿態。

優選地，所述計算整個變軌過程中衛星x、y與z三軸姿態慣性角速度進一步為地面根據精度需求建立推力器模型和軌道動力學模型，並根據變軌策略確定的變軌開始時間、時間長度仿真模擬變軌過程計算得到。

優選地，根據上述整個變軌過程中衛星x、y與z三軸姿態慣性角速度，

採用二次曲線擬合依次計算變軌期間的理論三軸慣性姿態角速度，擬合算法如下：需要擬合的參數y，需要擬合的時間為[t0,tf]，擬合的原始數據記為yi(ti∈[t0,tf])。

二次多項式擬合的係數陣進行估計：

其中，

得到三軸慣性姿態角速度係數並上注二次曲線係數。

優選地，根據上述中擬合的二次曲線係數，在變軌期間利用陀螺信息連續跟蹤理論變軌期間理論慣性姿態進一步包含以下過程：

採集陀螺數據，進行數據有效性診斷；在數據有效的情況下，將陀螺測量到角速度扣除跟蹤角速度作為角速度偏差，利用該角速度偏差的積分作為姿態偏差，進行衛星姿態控制；其中跟蹤角速度計算如下：

當前時間記為t，則三軸的跟蹤角速度分別為x軸姿態角速度為y軸姿態角速度為z軸姿態角速度為

本發明與現有技術相比具有以下優點：

本發明利用陀螺信息，實現變軌姿態的連續跟蹤，無需對使用條件和發射窗口進行約束，同時不需要變軌期間軌道預報進行預報，有助於提升衛星平臺控制能力。對太陽光照、敏感器視場均無約束，具有精度高，適應性強的特點。

附圖說明

圖1為本發明基於角速度跟蹤的變軌姿態保持控制方法的流程圖。

具體實施方式

以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發明做進一步闡述。

如圖1所示，本發明一種基於角速度跟蹤的變軌姿態保持控制方法，包含以下過程：

s1、根據變軌策略地面仿真模擬變軌過程，計算整個變軌過程中衛星三軸姿態角速度。

s2、二次曲線擬合理論變軌期間的三軸慣性姿態角速度，並上注二次曲線係數。

s3、在實施過程中根據星敏和陀螺信息建立初始變軌指向姿態。

s4、在變軌期間利用陀螺信息連續跟蹤理論變軌期間理論慣性姿態。

關於步驟s1進一步包含以下過程，地面根據精度需求建立推力器模型和軌道動力學模型，並根據變軌策略確定的變軌開始時間、時間長度仿真模擬變軌過程，計算整個變軌過程中衛星三軸姿態慣性角速度。

關於步驟s2進一步包含以下過程，利用二次曲線擬合理論變軌期間的三軸慣性角速度，並上注二次曲線係數；其中，

二次多項式擬合的算法：

需要擬合的參數y，需要擬合的時間為[t0,tf]，擬合的原始數據記為yi(ti∈[t0,tf])。

對二次多項式擬合的係數陣進行估計：

式中，

依次對變軌開始時刻到變軌結束時刻的衛星x、y、z三軸慣性姿態角速度擬合，得到二次曲線係數將變軌初始時刻和生成注數包並上注。

關於步驟s3進一步包含以下過程，在實施過程中變軌開始時刻前，星上姿軌控分系統完成根據星敏和陀螺信息建立初始變軌指向姿態。

關於步驟s4進一步包含以下過程，在變軌期間利用陀螺信息連續跟蹤理論變軌期間理論慣性姿態。採集陀螺數據，進行數據有效性診斷。在數據有效的情況下，將陀螺測量到角速度扣除跟蹤角速度作為角速度偏差，利用該角速度偏差的積分作為姿態偏差，進行衛星姿態控制。其中跟蹤角速度計算如下：

當前時間記為t，則衛星x、y、z三軸的跟蹤角速度分別為x軸姿態角速度為y軸姿態角速度為z軸姿態角速度為

綜上所述，本發明利用全陀螺信息實現變軌，無需對使用條件和發射窗口進行約束，同時不需要變軌期間軌道預報進行預報，有助於提升衛星平臺控制能力。

儘管本發明的內容已經通過上述優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明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。