[發(fā)明專利]一種考慮地球橢率的多軸機(jī)動成像衛(wèi)星偏航姿態(tài)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410151646.X
• 申請日: 2014-04-15
• 公開（公告）號: CN103941740A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷擁軍;田科豐;宗紅;王淑一;姚寧;劉潔;李明群;朱琦;李晶心;何海鋒;曹榮向
• 申請（專利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

1.一種考慮地球橢率的多軸機(jī)動成像衛(wèi)星偏航姿態(tài)控制方法，其特征在于步驟如下：

（1）獲取衛(wèi)星的滾動角φ_t和俯仰角θ_t，同時(shí)獲取衛(wèi)星上搭載的有效載荷光學(xué)系統(tǒng)的光軸與視軸之間的夾角Δθ_opt，由此得到衛(wèi)星指向的姿態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣C_mo，

Cmo=cos(θt+Δθopt)sin(θt+Δθopt)sin(φt)-sin(θt+Δθopt)cos(φt)0cos(φt)sin(φt)sin(θt+Δθopt)-cos(θt+Δθopt)sin(φt)cos(θt+Δθopt)cos(φt),]]>

所述的有效載荷光學(xué)系統(tǒng)的光軸與衛(wèi)星本體坐標(biāo)系的偏航軸重合；

（2）根據(jù)衛(wèi)星的軌道根數(shù)，獲取軌道坐標(biāo)系下衛(wèi)星運(yùn)行速度的前向分量徑向分量由此得到姿態(tài)機(jī)動坐標(biāo)系下衛(wèi)星的運(yùn)行速度Vsm=Cmo·vs1o0vs3o;]]>其中μ為地球引力常數(shù)，a為衛(wèi)星軌道半長軸，r為衛(wèi)星的地心距，e為衛(wèi)星軌道偏心率，f為真近點(diǎn)角；所述軌道坐標(biāo)系O_OX_OY_OZ_O的原點(diǎn)O_O在衛(wèi)星的質(zhì)心，衛(wèi)星的軌道平面是坐標(biāo)平面，由質(zhì)心指向地心的坐標(biāo)軸是Z_O軸，X_O軸在軌道平面上與Z_O軸垂直，指向衛(wèi)星速度方向，Y_O軸與X_O軸、Z_O軸組成右手正交坐標(biāo)系；所述姿態(tài)機(jī)動坐標(biāo)系O_MX_MY_MZ_M的原點(diǎn)O_M在衛(wèi)星的質(zhì)心，坐標(biāo)軸按照軌道坐標(biāo)系先繞X_O旋轉(zhuǎn)φ_t角度，得到新的坐標(biāo)系O_O1X_O1Y_O1Z_O1，再繞新的坐標(biāo)系的Y_O1軸旋轉(zhuǎn)θ_t+Δθ_opt角度得到；

（3）定義新的慣性坐標(biāo)系I'，所述I'中的坐標(biāo)(X',Y',Z')與J2000慣性坐標(biāo)系I中的坐標(biāo)(X,Y,Z)滿足關(guān)系式

X′Y′Z′=CI′IXYZ]]>

其中，CI′I=10001000K,]]>K=1.0033633486；

（4）計(jì)算獲得在新的慣性坐標(biāo)系I'下，所述光軸的矢量在J2000慣性坐標(biāo)系I下的表達(dá)形式其中為J2000慣性坐標(biāo)系到軌道坐標(biāo)系的姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣的轉(zhuǎn)置，s=sin(θt+Δθopt)-cos(θt+Δθopt)sin(φt)cos(θt+Δθopt)cos(φt)]]>為所述視軸在姿態(tài)機(jī)動坐標(biāo)系下的單位矢量，I′r_s＝C_I′I·^Ir_s，R_e為地球半徑，rsI=xsIysIzsI=rcos(Ω)cos(u)-sin(Ω)cos(i)sin(u)sin(Ω)cos(u)+cos(Ω)cos(i)sin(u)sin(i)sin(u),]]>Ω為衛(wèi)星軌道的升交點(diǎn)赤經(jīng)，u為衛(wèi)星軌道幅角，i為衛(wèi)星軌道傾角，|·|表示取模，sin²γ'_m=1-cos²γ'_m；

（5）根據(jù)步驟（4）的結(jié)果，計(jì)算得到由于衛(wèi)星軌道角速度引起的地面目標(biāo)點(diǎn)相對于衛(wèi)星的運(yùn)行速度在姿態(tài)機(jī)動坐標(biāo)系下的分量Vosm=Cmo0ω00×00|rZbI|;]]>其中，ω₀表示衛(wèi)星軌道角速度的大小；

（6）獲取由于地球自轉(zhuǎn)引起的衛(wèi)星指向地面目標(biāo)點(diǎn)的線速度在姿態(tài)機(jī)動坐標(biāo)系下的分量^mV_em=C_mO·C_OI·^IV_em，其中ω_e表示地球自轉(zhuǎn)角速度的大小；

（7）根據(jù)步驟（2）、步驟（5）、步驟（6）的結(jié)果，計(jì)算得到衛(wèi)星指向地面目標(biāo)點(diǎn)相對于衛(wèi)星的線速度在姿態(tài)機(jī)動坐標(biāo)系下的表達(dá)形式^mV_es=^mV_em-^mV_s+^mV_os；

（8）根據(jù)步驟（7）的結(jié)果，計(jì)算得到所述有效載荷成像時(shí)的偏流角ψ_p，

ψp=arctan(Vesm(2)cosΔθopt·Vesm(1)+sinΔθopt·Vesm(3)),]]>

式中括號中的數(shù)字表示選取矢量中的第幾個元素參與計(jì)算；

（9）利用步驟（8）得到的偏流角ψ_p對衛(wèi)星的偏航軸進(jìn)行姿態(tài)控制。