卫星姿态机动控制方法、系统、计算机设备和存储介质与流程

所属的技术人员知道，本发明可以实现为系统、方法或计算机程序产品，因此，本发明可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是一一但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

背景技术：

1、低轨卫星离地表较近，有着高带宽、低延时、路径损耗小等优点，应用场景更加丰富。低轨通信卫星网络的建设是实现更低成本、更大众化的手机卫星通信服务的必要条件。近年来，利用大型低轨通信卫星星座向全球提供宽带接入服务受到了广泛的关注，随着低轨卫星在星链引领下逐渐走向成熟，广覆盖、高速化、通用化的卫星通信有望引领人类通信方式的下一轮变革。目前国内正在建设若干低轨通信卫星星座。

2、长寿命卫星都需要进行轨道调整，例如，对低轨通信卫星的轨道调整包括初始轨道捕获、长期运行过程中的轨道保持，以及根据需要进行较大幅度的轨道机动。初始轨道捕获即初轨误差修正，其目的是将运载工具所提供的卫星初始轨道修正到设计的误差允许范围内的轨道。低轨通信卫星目前常通过星座布局构成星地、星间通信网络，在长期运行过程中的轨道保持是为了消除各种摄动因素影响，特别是大气阻力等对卫星轨道的影响，以保持卫星所需的运行轨迹，尤其是卫星轨道面内相位、轨道倾角、升交点赤经等需要进行精确控制以便维持卫星星座构型、保持通信网络不受星座构型影响。

3、卫星通过在地心轨道坐标系下径向、垂向、切向不同方向施加速度增量完成轨道控制。如轨道高度调整通过在远地点或近地点位置，在地心轨道坐标系下切向方向施加速度增量实现，轨道倾角调整通过在地心轨道坐标系下垂向施加速度增量实现。

4、目前低轨通信卫星常配置霍尔推力器一台，用于轨道控制。由于推力器布局于星体固定方向，同时推力器未配置推力矢量调节机构，卫星进行轨道控制时，首先进行任务规划，规划出轨道控制任务实施时刻及实施时的卫星姿态需求。根据任务规划结果，卫星提前进行姿态机动，通过姿态调整将推力方向调整到轨道参数调整需求的地心轨道系方向。然后在规划的时刻进行推力器点火，实现轨道参数控制。

5、低轨通信卫星常携带大面积太阳帆板，通常具有低基频、弱阻尼、模态密集特点，为避免姿态机动对帆板等影响同时实现快速机动，姿态机动理想要求为无超调、快速姿态机动。目前卫星大角度姿态机动常采用四元数进行姿态描述，采用pid闭环控制理论进行姿态控制，针对低轨通信卫星定期进行轨道控制时大角度姿态机动简便、高效的控制方法的研究较少。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，具体提供了一种卫星姿态机动控制方法、系统、计算机设备和存储介质，具体如下：

2、1)第一方面，本发明提供一种卫星的姿态机动控制方法，具体技术方案如下：

3、当进行轨道控制的卫星需要进行姿态机动时，基于梯形姿态机动路径规划方法，结合卫星的姿态机动初始时刻的姿态以及最终期望姿态，对卫星进行姿态机动路径规划，得到姿态机动路径规划结果，其中，卫星配置有电推进推力器，电推进推力器未配置有二维矢量调节机构；

4、根据电推进推力器在卫星上的配置位置和对卫星进行轨道控制的目标参数，将电推进推力器的推力方向调整至期望的推力方向，期望的推力方向对应最终期望姿态；

5、基于姿态机动路径规划结果，计算卫星在开环控制时的第一期望力矩，以及计算卫星在闭环控制时的第二期望力矩；

6、对卫星的开环控制和闭环控制进行切换分配，得到切换分配结果；

7、根据切换分配结果，控制卫星上的姿态控制执行机构产生第一期望力矩或第二期望力矩。

8、本发明提供的一种卫星的姿态机动控制方法的有益效果如下：

9、当进行轨道控制的卫星需要进行姿态机动时，采用本发明提出的方法能够对卫星实现快速、小超调姿态机动，工程实施可操作性强，尤其适用于低轨通信卫星在轨道控制时的姿态机动。

10、在上述方案的基础上，本发明的一种卫星的姿态机动控制方法还可以做如下改进。

11、进一步，还包括：确定电推进推力器在卫星中的布局。

12、进一步，计算卫星在闭环控制时的第二期望力矩，包括：

13、基于pid控制理论，计算卫星在闭环控制时的第二期望力矩。

14、进一步，卫星为：低轨通信卫星。

15、2)第二方面，本发明还提供一种卫星的姿态机动控制系统，具体技术方案如下：

16、包括姿态机动路径规划模块、推力方向调整模块、开闭环姿态机动控制量计算模块、姿态机动开闭环控制切换分配模块和控制模块；

17、姿态机动路径规划模块用于：当进行轨道控制的卫星需要进行姿态机动时，基于梯形姿态机动路径规划方法，结合卫星的姿态机动初始时刻的姿态以及最终期望姿态，对卫星进行姿态机动路径规划，得到姿态机动路径规划结果，其中，卫星配置有电推进推力器，电推进推力器未配置有二维矢量调节机构；

18、推力方向调整模块用于：根据电推进推力器在卫星上的配置位置和对卫星进行轨道控制的目标参数，将电推进推力器的推力方向调整至期望的推力方向，期望的推力方向对应最终期望姿态；

19、开闭环姿态机动控制量计算模块用于：基于姿态机动路径规划结果，计算卫星在开环控制时的第一期望力矩，以及计算卫星在闭环控制时的第二期望力矩；

20、姿态机动开闭环控制切换分配模块用于：对卫星的开环控制和闭环控制进行切换分配，得到切换分配结果；

21、控制模块用于：根据切换分配结果，控制卫星上的姿态控制执行机构产生第一期望力矩或第二期望力矩。

22、在上述方案的基础上，本发明的一种卫星的姿态机动控制系统还可以做如下改进。

23、进一步，还包括推力器星体布局设计模块，推力器星体布局设计模块用于：确定电推进推力器在卫星中的布局。

24、进一步，开闭环姿态机动控制量计算模块还具体用于：基于pid控制理论，计算卫星在闭环控制时的第二期望力矩。

25、进一步，卫星为：低轨通信卫星。

26、3)第三方面，本发明还提供一种计算机设备，计算机设备包括处理器，处理器与存储器耦合，存储器中存储有至少一条计算机程序，至少一条计算机程序由处理器加载并执行，以使计算机设备实现上述任一项卫星的姿态机动控制方法。

27、4)第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有至少一条计算机程序，至少一条计算机程序由处理器加载并执行，以使计算机实现上述任一项卫星的姿态机动控制方法。

28、需要说明的是，本发明的第二方面至第四方面的技术方案及对应的可能的实现方式所取得的有益效果，可以参见上述对第一方面及其对应的可能的实现方式的技术效果，此处不再赘述。