[發(fā)明專利]一種二維導(dǎo)引姿態(tài)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710060168.5
• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN106843249B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王文妍;吳敬玉;鐘超;范季夏;裴甲瑞
• 申請（專利權(quán)）人: 上海航天控制技術(shù)研究所
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 31249 上海信好專利代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 潘朱慧

本發(fā)明公開了一種高精度高穩(wěn)定度二維導(dǎo)引姿態(tài)控制方法，包含以下過程：在原有通用不導(dǎo)引的姿態(tài)控制方法中的修正回路內(nèi)加入了二維導(dǎo)引的角速度指令，相當(dāng)于系統(tǒng)的角速度前饋，可以提高系統(tǒng)的響應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)快速導(dǎo)引控制；在滾動方向進(jìn)行了與偏航的解耦控制，消除偏航方向?qū)б髮L動方向的耦合影響。通過上面的措施，可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星任意位置的快速二維導(dǎo)引接入控制，并且能夠提高系統(tǒng)的控制精度。本發(fā)明具有簡單易于星上實(shí)現(xiàn)和地面操作的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于衛(wèi)星姿態(tài)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高精度高穩(wěn)定度二維導(dǎo)引姿態(tài)控制方法。

背景技術(shù)

在星載合成孔徑雷達(dá)應(yīng)用中，多普勒特性對于方位分辨率、脈沖重復(fù)頻率的計(jì)算、方位向的模糊問題以及成像的精度都有直接的影響。SAR回波的多普勒中心頻率的失配嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致無法成像。由于地球自轉(zhuǎn)的影響而產(chǎn)生的多普勒中心頻率的變化，將產(chǎn)生距離向徙動，給成像處理帶來困難。

為了消除多普勒中心頻率漂移對雷達(dá)成像的影響，雷達(dá)衛(wèi)星最初設(shè)計(jì)了簡單的一維偏航導(dǎo)引方案，該方案只能在緯度幅角為90°或270°導(dǎo)引角為零的附近開始接入或停止導(dǎo)引，且導(dǎo)引的偏差會在滾動方向有一個(gè)0.02°左右的耦合影響。

隨著成像精度要求的提高，逐漸設(shè)計(jì)了二維導(dǎo)引方案，即沿著俯仰和偏航方向分別進(jìn)行導(dǎo)引控制，且姿態(tài)控制精度和穩(wěn)定度要與不進(jìn)行導(dǎo)引相當(dāng)，并要求任意方向都能快速接入二維導(dǎo)引，而不能只在緯度幅角為90°或270°導(dǎo)引角為零的附近才開始導(dǎo)引。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種二維導(dǎo)引姿態(tài)控制方法，通過三軸穩(wěn)定控制衛(wèi)星，使所述衛(wèi)星的星體坐標(biāo)系相對于軌道坐標(biāo)系重合，所述衛(wèi)星跟蹤軌道坐標(biāo)系運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)所述衛(wèi)星的穩(wěn)定對地定向；并且通過二維導(dǎo)引控制，實(shí)現(xiàn)消除多普勒中心頻率漂移現(xiàn)象，并解決在不影響系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定度情況下，且衛(wèi)星處于任意位置時(shí)，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)快速接入二維導(dǎo)引和二維導(dǎo)引接入控制的目的。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種二維導(dǎo)引姿態(tài)控制方法，包括以下過程：

在衛(wèi)星運(yùn)行的偏航方向引入偏航導(dǎo)引角和偏航導(dǎo)引角速度，計(jì)算得到修正后的偏航角速度；

在衛(wèi)星運(yùn)行的滾動方向進(jìn)行與偏航方向的解耦控制，用于消除偏航方向?qū)б髮L動方向的耦合影響，得到修正后的滾動角速度；

在衛(wèi)星運(yùn)行的俯仰方向引入俯仰導(dǎo)引角和俯仰導(dǎo)引角速度，計(jì)算得到修正后的俯仰角速度；

將修正后的偏航角速度、修正后的俯仰角速度、修正后的滾動角速度分別對應(yīng)與光纖陀螺組合輸出角速度相加得到角速度指令；

將所述角速度指令代入控制算法得到衛(wèi)星飛輪的控制力矩。

優(yōu)選地，所述修正后的偏航角速度ω_kx和修正后的滾動角速度ω_kz為：

式中，參數(shù)K、K_int為增益系數(shù)，ψ分別為滾動和偏航姿態(tài)角，ω₀為軌道角速度，ψ_c、分別為偏航導(dǎo)引角和偏航導(dǎo)引角速度。

優(yōu)選地，所述修正后的俯仰角速度ω_ky為：

式中，參數(shù)K_Icy、K_cy為增益系數(shù)，θ為俯仰姿態(tài)角，θ_c、分別為俯仰方向?qū)б呛蛯?dǎo)引角速度。

優(yōu)選地，所述控制衛(wèi)星飛輪的控制力矩的角速度指令信號ω_cx、ω_cy、ω_cz計(jì)算如下：