一种保能源的卫星步进式机动方法与流程

本发明涉及一种保能源的卫星步进式机动方法，属于卫星机动。

背景技术：

1、随着航天器技术的发展以及航天任务的多样化，航天器上有时需要根据任务要求通过机动将卫星指向特定方向，从而实现特定观测任务。这些特定的指向具有空间任意性，在机动过程中，目前的姿态机动往往关注实现姿态指向快速控制和高精度高稳定度控制两种要求。在姿态机动过程中，通常考虑设计大带宽控制参数实现姿态快速控制指向目标和设计稳态控制参数实现高精度高稳定度控制指向目标，不关注卫星帆板的对日情况，甚至在机动过程中帆板停转。

2、但对能源要求比较严格的卫星,若不通过必要的措施来保证卫星的能源，则很容易造成卫星的运行安全。因此在此类卫星姿态机动过程中，就需要考虑保证卫星能源的机动方法和帆板驱动控制要求。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种保能源的卫星步进式机动方法，能够在卫星姿态机动过程中，保证太阳尽量正照帆板，卫星获得最多的能源。

2、本发明的技术解决方案是：

3、一种保能源的卫星步进式机动方法，包括：

4、将任务策略中在惯性空间中的观测指向作为卫星z轴矢量，计算使太阳矢量与卫星xoz面夹角最小且目标oyt轴与当前+y轴矢量的夹角不大于90°的目标姿态矩阵；

5、获取当前卫星姿态矩阵，结合目标姿态矩阵，计算旋转姿态矩阵，得到绕卫星本体xyz轴三次机动的角度，卫星依次按照x轴、y轴、z轴对应的角度值机动至目标姿态，开始执行观测任务；

6、观测任务结束后，根据卫星本体xyz轴三次机动的角度，按照z轴、y轴、x轴的顺序恢复至任务下达前的姿态。

7、优选的，卫星依次按照x轴、y轴、z轴对应的角度值进行机动，转动方法为：

8、卫星先按照x轴机动对应的角度值；

9、卫星再根据y轴对应的角度值，以预设步进角度值分步进行转动，直至转动达到所述角度值，且在各步执行完成后帆板均以预设步进角度值负向偏置；

10、卫星最后按照z轴机动对应的角度值。

11、优选的，卫星绕y轴对应的角度值分步转动时，最后一步的旋转角度为相应的角度值除以预设步进值得到的余数。

12、优选的，其特征在于，根据旋转姿态矩阵，得到绕卫星本体xyz轴三次机动的角度，具体包括：

13、绕卫星本体x轴机动，机动角度大小为：

14、

15、第二次机动绕卫星本体y轴，机动角度大小为：

16、θ＝asin(-mtb(3,1))

17、第三次机动绕卫星本体z轴，机动角度大小为：

18、

19、其中，mtb为旋转姿态矩阵，θ、ψ为绕x轴、y轴、z轴三次机动的角度。

20、优选的，观测任务结束后，根据卫星本体xyz轴三次机动的角度，按照z轴、y轴、x轴的顺序恢复至任务下达前的姿态，具体包括：

21、先绕卫星本体z轴机动-ψ，帆板角度不变；再绕卫星本体y轴按预设角度步进值步进机动至-θ，同时使帆板在每一步结束后按照同样的角度步进值反向偏置；最后绕卫星本体x轴机动-ψ，帆板角度不变。

22、优选的，卫星根据y轴对应的角度值，以预设步进角度值分步进行转动，帆板同时进行反向偏置，在每步完成后进行正确性判断，若认定出现错误则立即操作回溯到上一步正确的姿态，保证卫星能源安全。

23、优选的，所述预设步进角度值为10°。

24、优选的，计算使太阳矢量与卫星xoz面夹角最小且目标oyt轴与当前+y轴矢量的夹角不大于90°的目标姿态矩阵，具体方法为：

25、计算目标oyt轴矢量：

26、

27、其中，dir为机动方向，当oybt·(ozt×si)≥0时dir＝1，否则为-1，oyb为惯性系下当前卫星+y轴矢量，使oyb轴与目标oyt轴≤90°；si为惯性系下的太阳矢量；

28、则目标姿态矩阵为：

29、mti＝[oyt×ozt oyt ozt]t

30、式中，mti为目标姿态矩阵。

31、优选的，获取当前卫星姿态矩阵的方法为：

32、根据星敏感器的测量值qsi、星敏感器的安装矩阵qbs，获得当前卫星工作状态下的姿态：

33、

34、其中，qsi为星敏感器的测量得到的星敏坐标系下的姿态四元数，qbs为星敏相对于卫星本体的安装四元数，为四元数圈乘；

35、当前卫星姿态矩阵为：

36、

37、优选的，根据目标姿态矩阵和当前卫星姿态矩阵，得到当前卫星到目标姿态的旋转矩阵：

38、mtb＝mti×mbit

39、其中，mti为目标姿态矩阵，mbi为当前卫星姿态矩阵。

40、本发明与现有技术相比的优点在于：

41、(1)本发明利用任务目标的指向要求，设计了保能源的转动方法，在指向目标过程中，根据目标姿态设计，在保证+z轴指向观测目标的基础上，使太阳矢量与卫星xoz面的夹角最小，同时，按步骤驱动帆板的转轴，最大程度保证能源供给。

42、(2)本发明使用步进机动的方式，使得帆板在卫星步进时，太阳光照射帆板的偏离影响尽量小，保证姿态机动过程中全程卫星有能源供应，最大程度保证卫星安全。

43、(3)本发明使用分步驱动的方式，大大提高机动的容错率和卫星能源的安全，通过逐步操作可分步进行正确性判断，对在机动过程中出现的错误可立即操作回溯到上一个正确的姿态。

技术特征：

1.一种保能源的卫星步进式机动方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种保能源的卫星步进式机动方法，其特征在于，卫星依次按照x轴、y轴、z轴对应的角度值进行机动，转动方法为：

3.根据权利要求2所述的一种保能源的卫星步进式机动方法，其特征在于，卫星绕y轴的角度值分步转动时，最后一步的旋转角度为相应的角度值除以预设步进值得到的余数。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种保能源的卫星步进式机动方法，其特征在于，根据旋转姿态矩阵，得到绕卫星本体xyz轴三次机动的角度，具体包括：

5.根据权利要求4所述的一种保能源的卫星步进式机动方法，其特征在于，观测任务结束后，根据卫星本体xyz轴三次机动的角度，按照z轴、y轴、x轴的顺序恢复至任务下达前的姿态，具体包括：

6.根据权利要求2所述的一种保能源的卫星步进式机动方法，其特征在于，卫星根据y轴对应的角度值，以预设步进角度值分步进行转动，帆板同时进行反向偏置，在每步完成后进行正确性判断，若认定出现错误则立即操作回溯到上一步正确的姿态。

7.根据权利要求2所述的一种保能源的卫星步进式机动方法，其特征在于，所述预设步进角度值为10°。

8.根据权利要求1所述的一种保能源的卫星步进式机动方法，其特征在于，计算使太阳矢量与卫星xoz面夹角最小且目标oyt轴与当前+y轴矢量的夹角不大于90°的目标姿态矩阵，具体方法为：

9.根据权利要求1所述的一种保能源的卫星步进式机动方法，其特征在于，获取当前卫星姿态矩阵的方法为：

10.根据权利要求1所述的一种保能源的卫星步进式机动方法，其特征在于，根据目标姿态矩阵和当前卫星姿态矩阵，得到当前卫星到目标姿态的旋转矩阵：

技术总结本发明公开了一种保能源的卫星步进式机动方法，将任务策略中在惯性空间中的观测指向作为卫星Z轴矢量，同时利用太阳矢量计算目标姿态矩阵；根据当前卫星姿态矩阵，计算绕本体XYZ轴三次转动的角度；使卫星本体绕XYZ轴旋转至目标姿态，绕Y轴旋转时，每次以一个单位步进机动，在星体旋转一个步进角度到位后使帆板按照相反的角度偏置；在目标姿态完成工作任务后，卫星以ZYX顺序机动恢复至任务下达前的姿态，帆板在Y轴机动时回位。本发明能够在卫星指向目标的姿态机动过程中，保证太阳尽量正照帆板，卫星获得最多的能源。技术研发人员：谢任远,李德婷,林书宇,何益康,史康受保护的技术使用者：上海航天控制技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/13