本發(fā)明涉及一種對日定向方法，具體是指一種基于磁強計和太陽敏感器的對日定向方法，適用于中低軌道零動量衛(wèi)星的對日定向。

背景技術(shù)：

當(dāng)衛(wèi)星姿態(tài)失穩(wěn)后，會進入安全控制模式，此時采用太陽敏感器信息作為控制基準(zhǔn)，使得太陽光能夠正面照射衛(wèi)星的太陽帆板，從而保證整個衛(wèi)星的能源供應(yīng)。

因為太陽敏感器只能測出兩維角度，當(dāng)只采用太陽敏感器信息作為控制基準(zhǔn)時，僅能保證對日軸與太陽光平行，但是對日軸的穩(wěn)定控制則缺失。針對這種情況，目前所采用的方法是使對日軸處于無控狀態(tài)，或者處于慢旋狀態(tài)。如此則會存在以下弊端：即對日軸姿態(tài)的隨機性會導(dǎo)致當(dāng)前衛(wèi)星姿態(tài)相對軌道的角度也是任意的，如果姿態(tài)相差較大，而執(zhí)行機構(gòu)的控制能力有限時，重新捕獲地球的時間就會相對很長，甚至需要達到上千秒。

基于上述，目前亟需提出一種新型的對日定向方法，可基于磁強計和太陽敏感器的信息解算出對日軸相對軌道系的姿態(tài)作為姿態(tài)控制基準(zhǔn)，即保證了對日定向控制，又保證了重捕地球的姿態(tài)偏差為最小，時間為最短。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于磁強計和太陽敏感器的對日定向方法，既能保證全姿態(tài)模式下的對日定向穩(wěn)定，又能保證對地三軸穩(wěn)定姿態(tài)的偏差最小。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于磁強計和太陽敏感器的對日定向方法，適用于中低軌道衛(wèi)星對日定向控制，包含以下步驟：

S1、計算太陽矢量方位信息，包括在衛(wèi)星軌道系下和衛(wèi)星本體系下的坐標(biāo)分量；以及計算太陽敏感器測得的兩維姿態(tài)角；

S2、計算地磁場矢量方位信息，包括在衛(wèi)星軌道系下和衛(wèi)星本體系下的坐標(biāo)分量；

S3、對日軸姿態(tài)計算，根據(jù)太陽和地磁場的雙矢量定姿，得到對日狀態(tài)下衛(wèi)星本體系相對衛(wèi)星軌道系的俯仰姿態(tài)；

S4、以太陽敏感器測得的兩維姿態(tài)角和雙矢量定姿得到的俯仰姿態(tài)，作為姿態(tài)控制基準(zhǔn)，實現(xiàn)對地三軸的姿態(tài)穩(wěn)定控制。

所述的S1中，太陽敏感器安裝在衛(wèi)星的對日面上，使得太陽敏感器上的電池陣面對日設(shè)置；該電池陣面包括四片電池片。

所述的S1中，具體包含以下步驟：

S11、根據(jù)星歷信息，推算太陽矢量在衛(wèi)星軌道系下的坐標(biāo)分量：

Sun_o＝[S_ox,S_oy,S_oz]^T；

將所述的太陽矢量在衛(wèi)星軌道系下的坐標(biāo)分量記為v₁；

S12、根據(jù)太陽敏感器信息，計算太陽矢量在衛(wèi)星本體系下的坐標(biāo)分量。

所述的S12中，具體包含以下步驟：

S121、計算太陽敏感器測得的兩維姿態(tài)角：

其中，i_a、i_b、i_c、i_d分別為四片電池片受太陽光照射所產(chǎn)生的電流大?。?/p>

S122、計算太陽矢量在衛(wèi)星本體系下的坐標(biāo)分量：

將所述的太陽矢量在衛(wèi)星本體系下的坐標(biāo)分量記為r₁。

所述的S2中，具體包含以下步驟：

S21、根據(jù)星歷信息，通過磁場公式推算地磁場矢量在衛(wèi)星軌道系下的坐標(biāo)分量B_o，記為v₂；

S22、根據(jù)磁強計信息，計算地磁場矢量在衛(wèi)星本體系下的坐標(biāo)分量B_b，記為r₂。

所述的S3中，具體包含以下步驟：

S31、根據(jù)太陽矢量在衛(wèi)星本體系下的坐標(biāo)分量r₁，以及地磁場矢量在衛(wèi)星本體系下的坐標(biāo)分量r₂，建立坐標(biāo)系：

S32、根據(jù)太陽矢量在衛(wèi)星軌道系下的坐標(biāo)分量v₁，以及地磁場矢量在衛(wèi)星軌道系下的坐標(biāo)分量v₂，建立坐標(biāo)系：

S33、計算衛(wèi)星本體系相對衛(wèi)星軌道系的姿態(tài)矩陣A_b←o：

A_b←o＝RV^T；

S34、計算俯仰姿態(tài)角θ_cal：

θ_cal＝arctan(-A_xz,A_zz)；

其中，A_xz和A_zz分別為姿態(tài)矩陣A_b←o中的第一行第三個元素和第三行第三個元素。

所述的S4中，將太陽敏感器測得的兩維姿態(tài)角ψ_s，以及通過雙矢量定姿得到的俯仰姿態(tài)角θ_cal作為控制系統(tǒng)的姿態(tài)基準(zhǔn)角度輸入項，實現(xiàn)對地三軸的姿態(tài)穩(wěn)定控制。

本發(fā)明提供的基于磁強計和太陽敏感器的對日定向方法，在滿足太陽敏感器的電池陣面對日安裝的同時，還增加了對日軸的姿態(tài)計算，并與太陽敏感器測得的兩維姿態(tài)角作為姿態(tài)控制的輸入角度。因此，本發(fā)明方法既能保證全姿態(tài)模式下的對日定向穩(wěn)定，又能保證對地三軸穩(wěn)定姿態(tài)的偏差最小。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中的基于磁強計和太陽敏感器的對日定向的姿態(tài)示意圖；

圖2為本發(fā)明中的太陽敏感器的測角示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合圖1和圖2，詳細說明本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例。

如圖1所示，為本發(fā)明所提供的基于磁強計和太陽敏感器的對日定向方法，適用于中低軌道衛(wèi)星對日定向控制；其中，假定對日軸為衛(wèi)星本體系的-Yb軸，則太陽敏感器正面對日安裝在衛(wèi)星的-Yb面上。

所述的基于磁強計和太陽敏感器的對日定向方法，包含以下步驟：

S1、計算太陽矢量方位信息，包括在衛(wèi)星軌道系下和衛(wèi)星本體系下的坐標(biāo)分量；以及計算太陽敏感器測得的兩維姿態(tài)角；

S2、計算地磁場矢量方位信息，包括在衛(wèi)星軌道系下和衛(wèi)星本體系下的坐標(biāo)分量；

S3、對日軸姿態(tài)計算，根據(jù)太陽和地磁場的雙矢量定姿，得到對日狀態(tài)下衛(wèi)星本體系相對衛(wèi)星軌道系的俯仰姿態(tài)；

S4、以太陽敏感器測得的兩維姿態(tài)角和雙矢量定姿得到的俯仰姿態(tài)，作為姿態(tài)控制基準(zhǔn)，實現(xiàn)對地三軸的姿態(tài)穩(wěn)定控制。

所述的S1中，具體包含以下步驟：

S11、根據(jù)星歷信息，推算太陽矢量在衛(wèi)星軌道系下的坐標(biāo)分量：

Sun_o＝[S_ox,S_oy,S_oz]^T；

將所述的太陽矢量在衛(wèi)星軌道系下的坐標(biāo)分量記為v₁；

S12、根據(jù)太陽敏感器信息，計算太陽矢量在衛(wèi)星本體系下的坐標(biāo)分量。

所述的S12中，具體包含以下步驟：

S121、如圖2所示，計算得到太陽敏感器測得的兩維姿態(tài)角：

其中，i_a、i_b、i_c、i_d分別為設(shè)置在太陽敏感器對日面上的電池片a、b、c、d受太陽光照射所產(chǎn)生的電流大?。?/p>

S122、計算太陽矢量在衛(wèi)星本體系下的坐標(biāo)分量：

將所述的太陽矢量在衛(wèi)星本體系下的坐標(biāo)分量記為r₁。

所述的S2中，具體包含以下步驟：

S21、根據(jù)星歷信息，通過磁場公式推算地磁場矢量在衛(wèi)星軌道系下的坐標(biāo)分量B_o，記為v₂；

S22、根據(jù)磁強計信息，計算地磁場矢量在衛(wèi)星本體系下的坐標(biāo)分量B_b，記為r₂。

所述的S3中，具體包含以下步驟：

S31、根據(jù)太陽矢量在衛(wèi)星本體系下的坐標(biāo)分量r₁，以及地磁場矢量在衛(wèi)星本體系下的坐標(biāo)分量r₂，建立坐標(biāo)系：

S32、根據(jù)太陽矢量在衛(wèi)星軌道系下的坐標(biāo)分量v₁，以及地磁場矢量在衛(wèi)星軌道系下的坐標(biāo)分量v₂，建立坐標(biāo)系：

S33、計算衛(wèi)星本體系相對衛(wèi)星軌道系的姿態(tài)矩陣A_b←o：

A_b←o＝RV^T；

S34、計算俯仰姿態(tài)角θ_cal：

θ_cal＝arctan(-A_xz,A_zz)；

其中，A_xz和A_zz分別為姿態(tài)矩陣A_b←o中的第一行第三個元素和第三行第三個元素。

所述的S4中，將太陽敏感器測得的兩維姿態(tài)角ψ_s，以及通過雙矢量定姿得到的俯仰姿態(tài)角θ_cal作為控制系統(tǒng)的姿態(tài)基準(zhǔn)角度輸入項，實現(xiàn)對地三軸的姿態(tài)穩(wěn)定控制。

本發(fā)明提供的基于磁強計和太陽敏感器的對日定向方法，在滿足太陽敏感器的電池陣面對日安裝的同時，還增加了對日軸的姿態(tài)計算，并與太陽敏感器測得的兩維姿態(tài)角作為姿態(tài)控制的輸入角度。因此，本發(fā)明方法既能保證全姿態(tài)模式下的對日定向穩(wěn)定，又能保證對地三軸穩(wěn)定姿態(tài)的偏差最小。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。