[發明專利]一種空間遙感掃描成像系統小慣量自消旋控制方法和系統

有效

• 申請號: 201810073335.4
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108303884B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 遲冬南;王慶穎;徐麗娜;賈慧麗;張秀茜;凌龍;吳南
• 申請（專利權）人: 北京空間機電研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

本發明一種空間遙感掃描成像系統小慣量自消旋控制方法和系統，方法為：1)規劃消旋系統的運動曲線；2)優化消旋系統的轉動慣量；3)設定時間對準器，獲得與掃描成像系統同一時刻的消旋系統角位置4)設定誤差補償器輸出T_se；5)以消旋系統轉動慣量最小化為目標，規劃消旋系統運動曲線，利用時間對準器校準的消旋系統為控制輸入，引入誤差補償T_se，對整個掃描成像系統進行消旋控制。系統的設計目標是在保證指標要求的同時，最小化消旋系統的轉動慣量。當消旋系統轉動慣量減小時，其運動特性隨之發生變化，結合機構設計的可實施性，通過消旋系統的運動特性和轉動慣量的優化，實現小慣量消旋系統對掃描成像系統干擾力矩的抵消。

技術領域

本發明屬于遙感器控制領域，涉及一種空間遙感掃描成像系統小慣量自消旋控制方法和系統。

背景技術

隨著空間遙感相機觀測范圍的擴展及指標要求的提高，掃描成像系統的結構尺寸也隨之不斷增加，進而導致掃描成像系統對衛星的擾動相應增大。對于衛星平臺來說，來自載荷的干擾力矩屬于外部干擾源。為了保證衛星平臺的姿態穩定性，需要深入剖析外部干擾的特性及變化規律，才能進行有效地抑制。考慮面向載荷產品的整體性設計思路，以及載荷內部特性分析的全面性和自消旋處理可行性，對于大慣量遙感相機掃描成像系統，載荷內部進行自消旋處理成為減少對衛星平臺干擾力矩的有效途徑。針對空間掃描成像系統的消旋問題，在專利《一種用于掃描成像系統消除像旋的雙向控制方法》(田大鵬，王德江.申請(專利)號：CN201310254033.4，公開(公告)號：CN103309363A)中通過等效力矩估計器獲得兩系統的輸出力矩，并作為四通道雙向控制器的輸入，最終協調消旋系統和掃描成像系統伺服電機的轉動，實現消除像旋的目的。其重點在于設計兩個系統之間的協調控制器，消除了遙感器圖像的旋轉，但其中沒有具體分析消旋系統轉動慣量對整個系統空間體積和重量的影響，因此，未對消旋系統轉動慣量進行優化設計。在《微小衛星姿態消旋穩定算法研究》(李立哲，劉勇，潘泉，馮乾，樊丁.電光與控制,2014,21(10):33-36)中，采用磁力矩器作為執行器的姿態穩定控制方法，旨在通過衛星平臺的自主控制消除載荷對衛星的干擾。該文獻涉及的衛星為微小衛星，而對于微小衛星來說，載荷的干擾可以作為衛星的一個外部擾動源，只需要衛星對外部擾動進行綜合考慮來設計姿態控制器即可。因此，不適用于大慣量載荷系統的設計。與其他的外部擾動相比，大慣量掃描系統的干擾量級較大，若仍簡單地將載荷的干擾力矩與其他擾動一同引入姿態控制系統，勢必造成姿態穩定性控制的困難及控制精度的下降。從所檢索的文獻和專利可以看出，對于大慣量掃描成像載荷系統的消旋控制來說，從消旋系統轉動慣量優化角度開展的工作沒有明確的開展。本發明提出了在大慣量掃描成像系統載荷內部完成自消旋控制的方法，使得整個載荷對衛星的干擾與其他擾動源具有近似的量級，便于衛星平臺的姿態控制。由此，針對大慣量掃描成像載荷內部的有效自消旋控制方法需要進行更深一步的研究與探索。

發明內容

本發明解決的技術問題是：針對大慣量空間遙感器對衛星平臺的力矩干擾問題，提出了一種空間遙感掃描成像系統小慣量自消旋控制方法和系統，以減小遙感器載荷的空間體積與重量，在誤差補償過程中引入時間對準器實現同步控制，結合驅動機構設計，保證小慣量消旋系統與掃描成像系統在對應時刻保持力矩的大小相同、方向相反，使得載荷整體作用在衛星平臺上的綜合干擾力矩滿足指標要求。

本發明的技術方案是：一種空間遙感掃描成像系統小慣量自消旋控制方法，步驟如下：

1)規劃消旋系統的運動曲線；

2)優化消旋系統的轉動慣量；

3)設定時間對準器，獲得與掃描成像系統同一時刻的消旋系統角位置；

4)設定誤差補償器輸出T_se；

5)以消旋系統轉動慣量最小化為目標，規劃消旋系統運動曲線，利用時間對準器校準的消旋系統為控制輸入，引入誤差補償T_se，對整個掃描成像系統進行消旋控制。