[發(fā)明專利]一種航天器多星敏感器布局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810271672.4
• 申請(qǐng)日: 2018-03-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108681617B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余快;吳蓓蓓;劉鳳晶;劉云鶴;李果;王成倫;張勝;祖家國(guó);趙華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部
• 主分類號(hào): G06F30/15
• 分類號(hào): G06F30/15;G06F30/20;G06F111/04
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 任林沖

1.一種航天器多星敏感器布局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，具體步驟為：

(1)確定由地球公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)引起的太陽(yáng)光直射點(diǎn)赤緯、赤經(jīng)的變化范圍，定義星敏光軸矢量，建立太陽(yáng)光約束表達(dá)式；

(2)解析衛(wèi)星橢圓軌道與地球相對(duì)位置關(guān)系，確定衛(wèi)星在運(yùn)行至近地點(diǎn)時(shí)星敏感器光軸方向與星地連線之間的夾角，并通過(guò)約束保證該夾角能夠滿足星敏感器布局要求，建立地氣光約束表達(dá)式；

(3)用圓錐體集合描述星敏感器遮光罩內(nèi)部以星敏感器為起點(diǎn)的射線，將衛(wèi)星中立方體部件及圓柱體部件用集合形式描述，通過(guò)解析表達(dá)式描述星敏感器遮光罩圓錐范圍內(nèi)的射線不被遮擋；

星敏遮光罩包絡(luò)的范圍用集合D描述，

D:{(x_in,y_in,z_in)|arccos(x_inx+y_iny+z_inz)≤θ_z}，其中[x y z]^T為星敏光軸矢量、為星敏遮光罩內(nèi)以星敏感器位置為起點(diǎn)任意單位矢量，θ_z表示遮光罩半錐角；

以星敏感器為起點(diǎn)遮光罩內(nèi)任意射線上的點(diǎn)在立方體部件基準(zhǔn)坐標(biāo)系的表示由下式得到

其中，A_cu為衛(wèi)星本體坐標(biāo)系到立方體部件基準(zhǔn)坐標(biāo)系的方向余弦矩陣，(x_cu0,y_cu0,z_cu0)為星敏感器安裝位置在立方體部件基準(zhǔn)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)表示，k∈(0,+∞)；

立方體內(nèi)部用集合C_cu描述，因此當(dāng)星敏感器遮光罩內(nèi)的射線不被立方體部件遮擋；

C_cu:{(x,y,z)|x_cmin≤x≤x_cmax,y_cmin≤y≤y_cmax,z_cmin≤z≤z_cmax}，其中x_cmin，x_cmax，y_cmin，y_cmax，Z_cmin，Z_cmax分別表示立方體部件x,y,z坐標(biāo)的最小和最大值；

以星敏感器為起點(diǎn)遮光罩內(nèi)任意射線上的點(diǎn)在圓柱體部件基準(zhǔn)坐標(biāo)系的表示由下式得到

其中，A_cy為衛(wèi)星本體坐標(biāo)系到圓柱體部件基準(zhǔn)坐標(biāo)系的方向余弦矩陣，(x_cy0,y_cy0,z_cy0)為星敏感器安裝位置在圓柱體部件基準(zhǔn)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)表示，k∈(0,+∞)；

圓柱體內(nèi)部用集合C_cy描述，因此當(dāng)星敏感器遮光罩內(nèi)的射線不被圓柱體部件遮擋；

C_cy:{(x,y,z)|x²+y²≤R²,z_cmin≤z≤z_cmax}，其中R表示圓柱體部件截面半徑，z_cmin,z_cmax分別表示立方體部件z坐標(biāo)的最小和最大值；

(4)結(jié)合太陽(yáng)光約束表達(dá)式、地氣光約束表達(dá)式和解析表達(dá)式，構(gòu)造多星敏感器布局的優(yōu)化問(wèn)題指標(biāo)函數(shù)，獲得多星敏感器最優(yōu)指向，確定多星敏感器最優(yōu)布局；

太陽(yáng)光約束表達(dá)式為

arccos(xx_S+yy_s+zz_s)≥θ_z

u∈[0,360°]

其中[x y z]^T表示星敏光軸矢量，x_s、y_s、z_s表示太陽(yáng)光矢量，θ_z表示星敏雜光抑制角半錐角；

地球遮擋衛(wèi)星的范圍呈圓錐分布，半錐角為

地氣光對(duì)星敏感器布局的約束為

其中，θ_z表示遮光罩半錐角，r_e為地球半徑，a為軌道半長(zhǎng)軸，e為偏心率；

衛(wèi)星本體及星上部件約束的解析描述方法為：用圓錐體集合描述星敏感器遮光罩內(nèi)部以星敏感器為起點(diǎn)的射線，將衛(wèi)星本體及星上部件用立方體集合或圓柱體集合表示，確保滿足約束的點(diǎn)屬于圓錐體集合并且不屬于立方體或圓柱體集合。