[發明專利]一種衛星的自主變軌方法

有效

• 申請號: 200710301588.4
• 申請日: 2007-12-26
• 公開（公告）號: CN101219713A
• 公開（公告）日: 2008-07-16
• 發明（設計）人: 李鐵壽;黃江川;宗紅;龍江;王寨;王佳佳;王淑一;戴居峰;王大軼;韓冬
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 中國航天科技專利中心
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種航天器自主變軌方法，適用于深空探測衛星等航天器的準確自主變軌。

背景技術

衛星自主實施變軌的方法較多。其中中低軌道對地定向衛星中變軌一般在正常的對地運行姿態下進行，變軌方法比較簡單，由地面注入變軌發動機的開關機時間，星上根據時間實現發動機的開關機操作，即可實現衛星軌道控制。不涉及姿態機動和姿態調整等過多的階段或階段的轉換，但是在深空探測衛星中，中低軌道衛星的變軌方法已經不再適用，需要解決變軌前后的姿態確定和控制等復雜程序，才能進行可靠變軌。

靜止軌道衛星的定點變軌控制中多采用地面控制的方式，由地面控制衛星從巡航姿態(衛星的+X軸對日定向姿態)轉為點火姿態，控制中利用紅外地球敏感器和太陽敏感器的數據進行姿態確定，其軌控過程中的衛星姿態確定精度不高，影響軌控精度。該方法需要地面進行了大量的控制計算，地面操作較為復雜，而且軌控發動機的開關機操作也由地面完成，地面指令的傳輸鏈路時延等對軌控精度也會有影響。從而影響軌控窗口的唯一性(及時，準確實施軌道控制)。

發明內容

本發明的技術解決問題：克服現有技術的不足，提出了一種星上自主進行的姿態確定，姿態機動以及自主軌控的自主變軌方法。解決了深空探測衛星的變軌問題，保證變軌準確、可靠、自動地完成。

本發明的技術解決方案：一種衛星的自主變軌方法，其特征在于包括：

(1)恒星捕獲：在衛星建立軌控點火姿態之前，預估衛星的慣性姿態，進行衛星姿態控制，利用星敏感器信息標定陀螺漂移，利用加速度計的遙測數據標定加速度計零位偏差；

(2)慣性調姿：當設置的程序時間到時，恒星捕獲階段自動轉入慣性調姿階段，用于建立衛星軌控點火姿態，實現衛星姿態機動，利用陀螺的測量數據以及恒星捕獲過程中標定的陀螺漂移預估衛星慣性姿態，利用噴氣控制進行衛星姿態控制；

(3)恒星定向：當設置的程序時間到時，慣性調姿階段自動轉入恒星定向階段，對衛星建立軌控點火姿態之后進行穩態控制，利用星敏感器對衛星姿態進行濾波修正；

(4)軌控定向：當設置的程序時間到時，恒星定向階段自動轉入軌控定向階段，進行軌控發動機開、關機控制，確定衛星的點火姿態，并進行點火期間的姿態穩定控制。

步驟(1)、步驟(2)和步驟(3)中所述的設置的程序時間是指首先確定軌控發動機的開機時間，即衛星軌道控制的點火時間，從此時間開始往前推算變軌準備階段各階段的開始時間；根據恒星定向階段姿態濾波修正算法的姿態修正能力，可以確定恒星定向的開始時間，恒星定向階段的時間要保證修正算法將衛星在慣性調姿過程中由于陀螺漂移引起的姿態偏差修正到變軌要求的范圍內；從恒星定向的開始時間，根據衛星慣性調姿的能力以及需要調姿的范圍，倒推設置慣性調姿的開始時刻；在恒星捕獲階段，需要標定陀螺漂移和加速度計的零位偏差，至少需要1小時，根據此時間需求，即可從慣性調姿時刻開始前推恒星捕獲的開始時間。

本發明與現有技術相比的優點在于：

(1)本發明的自主變軌采用恒星捕獲、慣性調姿、恒星定向和軌控定向相結合，實現了深空探測衛星的準確變軌。

(2)本發明的變軌控制采用由程序時間控制的自主控制流程，簡化變軌過程中的地面操作流程，提高了變軌可靠性和自動化程度。

(3)本發明在軌控發動機點火過程中采用了基于脈寬調制(PWM)的PID和濾波校正噴氣姿態控制，抑制了液體晃動和太陽帆板的撓性振動，保證了軌控的穩定性。

(4)本發明方法可靠。可廣泛應用于各種類型衛星的軌道控制。特別適用于有關鍵點或是唯一窗口變軌要求的航天器的軌道控制。

附圖說明

圖1為本發明的自主變軌方法流程圖；

圖2為本發明基于脈寬調制(PWM)的PID和濾波校正噴氣姿態控制的原理圖；

圖3為本發明的PID和濾波器校正環節示意圖；

圖4為本發明的PWM常值輸入等效關系示意圖；

圖5為本發明軌控發動機雙保險關機方法示意圖。

具體實施方式

本發明的自主變軌方法包括變軌準備和變軌控制兩個階段。變軌準備階段從恒星捕獲階段開始，星上可以按照程序時間的控制，依次進入慣性調姿和恒星定向階段，最后進入變軌控制階段，即軌控定向，自主完成軌控任務，無需地面干預。

本發明的具體實施方法如下：