本發(fā)明涉及衛(wèi)星姿態(tài)與軌道控制技術(shù)，尤其是對(duì)于儲(chǔ)箱平鋪安裝結(jié)構(gòu)的地球靜止軌道衛(wèi)星在轉(zhuǎn)移軌道段期間的姿軌控技術(shù)，利用本發(fā)明對(duì)衛(wèi)星的質(zhì)心位置進(jìn)行測(cè)量，為儲(chǔ)箱的均衡排放、混合比調(diào)節(jié)提供參考。
背景技術(shù)：
：受運(yùn)載能力所限，地球靜止軌道衛(wèi)星需要星上的變軌發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)地點(diǎn)變軌，將衛(wèi)星由大橢圓軌道送入地球靜止軌道。變軌過(guò)程中隨著燃料消耗，由于儲(chǔ)箱的不均衡排放、混合比偏差等因素的影響，衛(wèi)星的質(zhì)心位置會(huì)發(fā)生較大變化，可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)推力偏心產(chǎn)生較大的干擾，增加姿控消耗的燃料。由于不均衡排放、混合比偏差等不確定因素，地面難以準(zhǔn)確計(jì)算出衛(wèi)星的質(zhì)心位置。為減小變軌時(shí)的姿態(tài)擾動(dòng)力矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星質(zhì)心位置在軌調(diào)節(jié)，有必要對(duì)衛(wèi)星的質(zhì)心位置進(jìn)行在軌測(cè)量。當(dāng)前大多數(shù)方案均基于推力器隨機(jī)離散噴氣的方式，推力器工作在小脈沖寬度條件下，利用遞推算法對(duì)質(zhì)心位置進(jìn)行在軌計(jì)算，星上處理數(shù)據(jù)量大，計(jì)算復(fù)雜；另外，在小脈沖寬度條件下，推力器實(shí)際產(chǎn)生的推力大小變化較大，并且與標(biāo)稱值之間存在較大偏差，導(dǎo)致質(zhì)心測(cè)量誤差大。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種基于成對(duì)推力器連續(xù)工作的方式，利用陀螺測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星質(zhì)心位置測(cè)量。該發(fā)明通過(guò)選擇相應(yīng)的推力器在固定時(shí)間內(nèi)連續(xù)工作，將陀螺測(cè)量數(shù)據(jù)遙測(cè)下傳，結(jié)合推力器的安裝位置及角度，通過(guò)對(duì)陀螺測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算得到衛(wèi)星的質(zhì)心位置。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種基于成對(duì)推力器連續(xù)工作的衛(wèi)星質(zhì)心位置測(cè)量方法：布置至少一組推力器，每一組中的兩個(gè)推力器產(chǎn)生相反控制力矩；選取被布置的其中任意一組推力器，控制這一組的兩個(gè)推力器在固定時(shí)間內(nèi)同時(shí)連續(xù)噴氣；將這一組的兩個(gè)推力器同時(shí)連續(xù)噴氣期間的陀螺測(cè)量數(shù)據(jù)遙測(cè)下傳進(jìn)行處理，得到衛(wèi)星三軸慣性角速度；根據(jù)衛(wèi)星三軸慣性角速度與衛(wèi)星轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，基于姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算這一組中兩個(gè)推力器在同時(shí)連續(xù)噴氣期間各自產(chǎn)生的力矩及力矩的比值；被布置的其中一組推力器是第一組推力器(2A、3A)，所述第一組推力器(2A、3A)安裝位置的y向坐標(biāo)，相對(duì)于衛(wèi)星y向平均質(zhì)心位置對(duì)稱；計(jì)算第一組推力器(2A、3A)同時(shí)連續(xù)噴氣產(chǎn)生的俯仰力矩與偏航力矩，根據(jù)俯仰力矩與偏航力矩的比值以及第一組推力器(2A、3A)在衛(wèi)星布局坐標(biāo)系下的x向位置坐標(biāo)，計(jì)算衛(wèi)星x向質(zhì)心位置。優(yōu)選地，被布置的其中一組推力器是第二組推力器(4A、5A)，所述第二組推力器(4A、5A)安裝位置的x向坐標(biāo)，相對(duì)于衛(wèi)星x向平均質(zhì)心位置對(duì)稱；計(jì)算第二組推力器(4A、5A)同時(shí)連續(xù)噴氣產(chǎn)生的滾動(dòng)力矩與偏航力矩，根據(jù)滾動(dòng)力矩與偏航力矩的比值以及第二組推力器(4A、5A)在衛(wèi)星布局坐標(biāo)系下的y向位置坐標(biāo)，計(jì)算衛(wèi)星y向質(zhì)心位置。優(yōu)選地，被布置的其中一組推力器是第三組推力器(6A、7A)，所述第三組推力器(6A、7A)安裝位置的z向坐標(biāo)，相對(duì)于衛(wèi)星z向平均質(zhì)心位置對(duì)稱；計(jì)算第三組推力器(6A、7A)同時(shí)連續(xù)噴氣產(chǎn)生的滾動(dòng)力矩與俯仰力矩，根據(jù)滾動(dòng)力矩與俯仰力矩的比值以及第三組推力器(6A、7A)在衛(wèi)星布局坐標(biāo)系下的z向位置坐標(biāo)，計(jì)算衛(wèi)星z向質(zhì)心位置。優(yōu)選地，每一組中的各個(gè)推力器均傾斜安裝，保證每個(gè)推力器產(chǎn)生的推力與衛(wèi)星本體的軸不平行。優(yōu)選地，第一組推力器(2A、3A)在衛(wèi)星布局坐標(biāo)系下的x向位置坐標(biāo)，第二組推力器(4A、5A)在衛(wèi)星布局坐標(biāo)系下的y向位置坐標(biāo)，第三組推力器(6A、7A)在衛(wèi)星布局坐標(biāo)系下的z向位置坐標(biāo)，是在地面安裝相應(yīng)推力器時(shí)分別通過(guò)測(cè)量得到。本發(fā)明提出了一種基于成對(duì)推力器連續(xù)工作的衛(wèi)星質(zhì)心位置測(cè)量方法。依據(jù)此方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星的質(zhì)心位置進(jìn)行測(cè)量。本發(fā)明中對(duì)推力器安裝布局進(jìn)行設(shè)計(jì)；選擇推力器進(jìn)行連續(xù)噴氣工作；地面處理遙測(cè)下傳的陀螺測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)衛(wèi)星的質(zhì)心位置進(jìn)行計(jì)算。本發(fā)明采用的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明采用產(chǎn)生相反控制力矩的兩個(gè)推力器同時(shí)連續(xù)噴氣的方式，保證推力器產(chǎn)生的推力近似為恒值，從而使得噴氣過(guò)程中衛(wèi)星的角加速度近似為常值，避免了推力器的推力大小變化所引起的測(cè)量誤差；此外，通過(guò)對(duì)力矩取比值的方式，可消除推力器穩(wěn)態(tài)推力大小偏差帶來(lái)的誤差。附圖說(shuō)明圖1為星上姿控推力器的安裝布局示意圖；圖2為質(zhì)心測(cè)量過(guò)程流程圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明提供一種基于成對(duì)推力器連續(xù)工作的衛(wèi)星質(zhì)心位置測(cè)量方法，以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。1.推力器安裝布局為了保證能夠利用該發(fā)明進(jìn)行質(zhì)心位置計(jì)算，對(duì)推力器的安裝布局要求如下：(1)推力器傾斜安裝，保證每個(gè)推力器產(chǎn)生的推力與衛(wèi)星本體軸不平行；(2)滾動(dòng)推力器的推力與星體的YOZ平面相互平行；俯仰推力器的推力與星體的XOZ平面相互平行；偏航推力器的推力與星體的XOY平面相互平行；(3)產(chǎn)生相反控制力矩的兩個(gè)推力器按照平均質(zhì)心位置對(duì)稱安裝。本發(fā)明中典型的推力器安裝布局如圖1所示，推力器2A、3A安裝位置的y向坐標(biāo)相對(duì)于衛(wèi)星y向平均質(zhì)心位置對(duì)稱；推力器4A、5A安裝位置的x向坐標(biāo)相對(duì)于衛(wèi)星x向平均質(zhì)心位置對(duì)稱；推力器6A、7A安裝位置的z向坐標(biāo)相對(duì)于衛(wèi)星z向平均質(zhì)心位置對(duì)稱。2.選擇推力器及工作時(shí)間長(zhǎng)度在質(zhì)心測(cè)量過(guò)程中，選擇產(chǎn)生方向相反控制力矩的兩個(gè)推力器在固定時(shí)間內(nèi)連續(xù)噴氣的方式，可保證測(cè)量過(guò)程中推力器產(chǎn)生的推力近似為常值，同時(shí)可保證衛(wèi)星的角速度不會(huì)過(guò)大；此外，延長(zhǎng)推力器的工作時(shí)間，可以獲取足夠多的測(cè)量信息，減小陀螺測(cè)量噪聲對(duì)測(cè)量精度的影響。3.對(duì)遙測(cè)下傳的陀螺測(cè)量的角速度信息進(jìn)行處理將推力器噴氣期間陀螺測(cè)量得到的三軸慣性角速度遙測(cè)下傳，通過(guò)擬合的方式可估算出推力器噴氣引起的三軸慣性角加速度；由姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程可計(jì)算出推力器產(chǎn)生的作用力矩然后根據(jù)推力器的安裝位置及角度(地面安裝時(shí)可測(cè)量得到)，由力矩公式可計(jì)算出衛(wèi)星的質(zhì)心位置。按照?qǐng)D1中推力器的安裝布局圖，選擇成對(duì)工作的推力器2A與3A、4A與5A、6A與7A分別“噴氣”，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星X、Y、Z向質(zhì)心位置的測(cè)量。如圖2所示，本發(fā)明的方法包含以下步驟：①t0時(shí)刻注數(shù)使系統(tǒng)進(jìn)入到質(zhì)心測(cè)量模式后，星上計(jì)算機(jī)停止發(fā)送控制指令，通過(guò)地面注數(shù)控制推力器2A、3A在t0時(shí)刻開(kāi)始同時(shí)工作，噴氣時(shí)間長(zhǎng)度為10s(暫定，可進(jìn)行修改)，將噴氣期間衛(wèi)星三軸慣性角速度遙測(cè)下傳。②在t0+100s時(shí)刻，地面注數(shù)使系統(tǒng)進(jìn)入慣性保持模式。③當(dāng)衛(wèi)星三軸角速度均小于0.01°/s時(shí)，通過(guò)地面注數(shù)使系統(tǒng)再次進(jìn)入到質(zhì)心測(cè)量模式。④t1時(shí)刻注數(shù)使系統(tǒng)進(jìn)入到質(zhì)心測(cè)量模式后，通過(guò)地面注數(shù)控制推力器4A、5A在t1時(shí)刻開(kāi)始同時(shí)工作，噴氣時(shí)間長(zhǎng)度為10s，將噴氣期間衛(wèi)星三軸慣性角速度遙測(cè)下傳。⑤在t1+100s時(shí)刻，地面注數(shù)使系統(tǒng)進(jìn)入慣性保持模式。⑥t2時(shí)刻注數(shù)使系統(tǒng)進(jìn)入到質(zhì)心測(cè)量模式后，通過(guò)地面注數(shù)控制推力器6A、7A在t2時(shí)刻開(kāi)始同時(shí)工作，噴氣時(shí)間長(zhǎng)度為10s，將噴氣期間衛(wèi)星三軸慣性角速度遙測(cè)下傳。⑦在t2+100s時(shí)刻，地面注數(shù)使系統(tǒng)退出質(zhì)心測(cè)量模式。⑧對(duì)遙測(cè)下傳的陀螺測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算衛(wèi)星質(zhì)心位置。對(duì)上述①、④、⑥中遙測(cè)下傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的算法如下：假設(shè)每個(gè)控制周期內(nèi)的慣性角加速度不變，將遙測(cè)下傳的陀螺測(cè)量數(shù)據(jù)按照形式進(jìn)行擬合，其中,將為衛(wèi)星三軸慣性角速度，由陀螺組合測(cè)量遙測(cè)下傳得到，t為遙測(cè)下傳的時(shí)間，t＝t0+k*T(k＝1,2,…),t0為第一拍數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)間，常選擇t0＝0，T為遙測(cè)下傳周期；c為常數(shù)；為推力器產(chǎn)生的衛(wèi)星三軸慣性角加速度。通過(guò)利用最小二乘法估算得到推力器工作所引起的慣性角加速度考慮到衛(wèi)星的三軸慣性角速度均為小量，衛(wèi)星的姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程可簡(jiǎn)化為下式所示：Iω→·+ω→×Iω→≈Iω→·=TxTyTzT---(1)]]>式中，I為衛(wèi)星轉(zhuǎn)動(dòng)慣量矩陣；為衛(wèi)星三軸慣性角加速度；為衛(wèi)星三軸慣性角速度；[TxTyTz]T分別為衛(wèi)星受到的外部力矩。結(jié)合衛(wèi)星轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I及陀螺測(cè)量數(shù)據(jù)處理得到的三軸慣性角加速度由式(1)可估算出推力器產(chǎn)生的作用力矩。令推力器2A、3A同時(shí)工作時(shí)在星體上產(chǎn)生的力矩為T(mén)x_23、Ty_23、Tz_23，根據(jù)推力器的安裝布局，標(biāo)稱條件下推力器2A、3A在星體坐標(biāo)系下產(chǎn)生的推力分別為：F2a＝F2a_0·[0cosβ2cosγ2]F3a＝F3a_0·[0cosβ3cosγ3]其中，F(xiàn)2a_0，F(xiàn)3a_0分別為推力器2A、3A產(chǎn)生推力的大小；β2,γ2分別為推力器2A推力的俯仰、偏航方向余弦角；β3,γ3分別為推力器3A推力的俯仰、偏航方向余弦角。推力器2A、3A在衛(wèi)星布局坐標(biāo)系下的安裝位置分別為：p2a＝[p2a_xp2a_yp2a_z],p3a＝[p3a_xp3a_yp3a_z]由力矩公式可知，推力器2A、3A同時(shí)工作時(shí)產(chǎn)生的俯仰、偏航力矩如下式所示：Ty_23＝-F2a_0·cosγ2·(p2ax-px)-F3a_0·cosγ3·(p3ax-px)Tz_23＝F2a_0.cosβ2·(p2ax-px)+F3a_0.cosβ3·(p3ax-px)推力器2A、3A產(chǎn)生的推力大小偏差較小時(shí)，即F2a_0/F3a_0≈1，則有：Ty_23Tz_23=-F2a_0F3a_0·cos(γ2)·(p2ax-px)-cos(γ3)·(p3ax-px)F2a_0F3a_0·cos(β2)·(p2ax-px)+cos(β3)·(p3ax-px)≈-cos(γ2)·(p2ax-px)+cos(γ3)·(p3ax-px)cos(β2)·(p2ax-px)+cos(β3)·(p3ax-px)---(2)]]>由式(2)可計(jì)算得到衛(wèi)星x向質(zhì)心位置：px=(cosγ2+k1cosβ2)p2ax+(cosγ3+k1cosβ3)p3ax(cosγ2+k1cosβ2)+(cosγ3+k1cosβ3)---(3)]]>式中，k1＝Ty_23/Tz_23，p2a_x，p3a_x分別為推力器2A、3A在衛(wèi)星布局坐標(biāo)系下的x向位置坐標(biāo)，由推力器安裝時(shí)測(cè)量得到。同理，通過(guò)利用推力器4A、5A同時(shí)工作，由陀螺測(cè)量數(shù)據(jù)處理得到的三軸慣性角加速度及式(1)可估算出推力器4A、5A同時(shí)工作產(chǎn)生的作用力矩Tx_45Ty_45Tz_45，可計(jì)算出衛(wèi)星y向質(zhì)心位置為：py=(cosγ4+k2cosα4)p4ay+(cosγ5+k2cosα5)p5ay(cosγ4+k2cosα4)+(cosγ5+k2cosα5)---(4)]]>其中，k2＝Tx_45/Tz_45，；α4,γ4分別為推力器4A推力矢量的滾動(dòng)、偏航方向余弦角；α5,γ5分別為推力器5A推力矢量的滾動(dòng)、偏航方向余弦角；p4a_y，p5a_y分別為推力器4A、5A在衛(wèi)星布局坐標(biāo)系下位置的y向坐標(biāo)，由安裝時(shí)測(cè)量得到。通過(guò)利用推力器6A、7A同時(shí)工作，由陀螺測(cè)量數(shù)據(jù)處理得到的三軸慣性角加速度及式(1)可估算出推力器6A、7A同時(shí)工作產(chǎn)生的作用力矩Tx_67Ty_67Tz_67，可計(jì)算得到衛(wèi)星z向質(zhì)心位置：pz=(cosβ6+k3cosα6)p6az+(cosβ7+k3cosα7)p7az(cosβ6+k3cosα6)+(cosβ7+k3cosα7)---(5)]]>式中，α6,β6分別為推力器6A推力矢量的滾動(dòng)、俯仰余弦角，由安裝時(shí)測(cè)量得到；α7,β7分別為推力器7A推力矢量的滾動(dòng)、俯仰余弦角，由安裝時(shí)測(cè)量得到；p6a_z，p7a_z分別為推力器6A、7A在衛(wèi)星布局坐標(biāo)系下的z向位置坐標(biāo)，由安裝時(shí)測(cè)量得到；k3＝Tx_67/Ty_67，其中[Tx_67Ty_67Tz_67]T為推力器6A、7A同時(shí)工作產(chǎn)生的作用力矩，可由遙測(cè)下傳的陀螺測(cè)量數(shù)據(jù)處理得到。由px，py，pz表達(dá)式可知，衛(wèi)星的質(zhì)心位置與推力器的推力大小無(wú)關(guān)，避免推力大小變化引起的測(cè)量誤差。綜上所述，與以往測(cè)量方式相比，本發(fā)明的方法通過(guò)選定推力器進(jìn)行固定時(shí)間長(zhǎng)度連續(xù)工作，可避免推力器的輸出特性變化帶來(lái)的測(cè)量誤差；此外，在數(shù)據(jù)處理中通過(guò)對(duì)推力器產(chǎn)生的力矩取比值的方式，避免了推力大小偏差引起的測(cè)量誤差，提高了質(zhì)心測(cè)量精度。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3