[發明專利]一種任意基準系下的整星偏置角動量的偏航估計方法

有效

• 申請號: 201610741694.3
• 申請日: 2016-08-26
• 公開（公告）號: CN106326576B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 武云麗;曾海波;湯亮;成聰;林波;沈莎莎
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G01C21/24
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

一種任意基準系下的整星偏置角動量的偏航估計方法，在滾動角或俯仰角測量由敏感器給出，偏航角沒有敏感器測量的情況下，僅通過偏航估計的方法來估算偏航角。在此基礎上，整星通過角動量噴氣管理的方法來實現基于任意基準系下的衛星三軸姿態穩定控制。本發明方法可根據用戶需要或用滾動角測量值或用俯仰角測量作為輸入值，具有很強的適應性，即僅通過調整初始的參數設計值，就可以獲得需要的偏航估計結果，便于偏航估計的通用規范化方法編制。

技術領域

本發明屬于衛星控制技術領域，涉及一種衛星姿態角的預估方法。

背景技術

衛星姿態預估是衛星控制中的常見問題。

現有的衛星偏航估計方法多是基于軌道坐標系的，主要是因為在軌衛星多以軌道坐標系為基準。但是在研型號和背景預研階段的衛星，則根據有效載荷的任務需求不同，作為本體坐標系參考的基準坐標系也會有所不同。例如，衛星為了適應天線對國土形狀的覆蓋，要求衛星以東南坐標系為參考基準坐標系，由于東南坐標系與軌道坐標系僅相差一個周期性變化的偏航角，現有的操作方法是在基于軌道坐標系的偏航估計方法中再增加一部分標稱偏航角的修正量來實現。然而，未來衛星型號的參考基準坐標系相對軌道坐標系將變得更為復雜，或是要求在不同任務階段采用不同的參考坐標系，那么現有的基于軌道坐標系的偏航估計的修補方法將不再適用。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種通用性的、可以在任意基準坐標系下預估衛星偏航角的方法。

本發明的技術解決方案是：一種任意基準系下的整星偏置角動量的偏航估計方法，包括如下步驟：

(1)在衛星的滾動軸、俯仰軸和/或偏航軸上分別安裝動量輪，同時在衛星的滾動軸和俯仰軸上安裝姿態敏感器；

(2)利用所述姿態敏感器，獲取衛星的滾動角測量值和俯仰角測量值；

(3)利用滾動角測量值構建如下的偏航估計方程，

觀測系數l₁,l₂滿足特征方程的根為負數；

或者利用俯仰角測量值構建如下的偏航估計方程，

觀測系數l₁,l₂滿足特征方程的根為負數；

其中e₁和e₂為偏航角和滾動角的誤差狀態變量，ω_rx,ω_ry,ω_rz為基準系相對慣性系的三個方向的角速度在基準系下的描述；h_x,h_y,h_z分別為由動量輪組在衛星三軸方向產生的角動量，Δh_xΔh_y和Δh_z分別為三軸角動量偏差值，θ_b分別為滾動角和俯仰角的偏置值，T_dx,T_dy,T_dz為作用在星體三個方向上的干擾力矩分量，T_{dx_com},T_{dz_com}為滾動方向和偏航方向干擾力矩補償值，分別為俯仰角估計值、滾動角估計值和偏航角估計值；

(4)采用步驟(3)中建立的偏航估計方程進行偏航角的估計。

所述步驟(4)中，為了進一步提高偏航角估計的精度，在利用建立的偏航估計方程進行偏航角的估計時，還對衛星上滾動軸、俯仰軸和偏航軸上安裝的動量輪分別進行角動量卸載，其中：

利用滾動角測量值構建估計方法的卸載方式如下：