[發明專利]一種利用星敏信息姿態重置的航天器姿態機動穩定方法

有效

• 申請號: 201910562456.X
• 申請日: 2019-06-26
• 公開（公告）號: CN110209185B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 劉其睿;王淑一;袁利;諶穎;車汝才;高進;張晉;張怡;劉潔;田科豐;葛瑩;王麗嬌;呂文華
• 申請（專利權）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: 張曉飛

1.一種利用星敏信息姿態重置的航天器姿態機動穩定方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)使用陀螺輸出積分進行角速度估計和姿態預估；

(2)進行衛星是否機動到位判斷；

(3)若步驟(2)中判斷衛星未機動到位，則轉入步驟(6)；否則判斷是否已進行星敏姿態重置，若是轉入步驟(4)，若否轉入步驟(5)；

(4)進行姿態濾波修正計算，得到濾波修正后的姿態四元數，轉入步驟(6)；

(5)進行定姿姿態重置計算，得到重置后的姿態四元數，轉入步驟(6)；

(6)根據預定的目標姿態和目標角速度，使用當前的角速度估計值和姿態估計值進行控制計算，得到控制力矩，并施加于星體上進行穩定控制；

所述步驟5)中得到重置后的姿態四元數的具體方法為：根據星敏輸出q_s＝[q_s1,q_s2,q_s3,q_s4]^T進行定姿姿態重置計算，得到重置后的姿態四元數q″′＝Qa(C_sb^TAq(q_s))；其中C_sb是從星本體坐標系到星敏坐標系的轉換矩陣，Aq()是從四元數到方向余弦陣的轉換函數，Qa()是從方向余弦陣到四元數的轉換函數；

所述步驟6)中的當前角速度估計值為步驟1)中星本體慣性角速度ω；當前姿態估計值根據轉入步驟6)的方式確定，從步驟3)轉入時為步驟1)中更新的四元數預估值q′，從步驟4)轉入時為步驟4)中濾波修正后的姿態四元數q″，從步驟5)轉入時為步驟5)中重置后的姿態四元數q″′。

2.根據權利要求1所述的一種利用星敏信息姿態重置的航天器姿態機動穩定方法，其特征在于：所述步驟(1)中的姿態預估，使用歐拉角姿態預估或四元數姿態預估。

3.根據權利要求2所述的一種利用星敏信息姿態重置的航天器姿態機動穩定方法，其特征在于：步驟1)中使用陀螺輸出積分進行角速度估計和姿態預估的具體方法為：

根據陀螺輸出Δg＝[Δg₁,Δg₂,...,Δg_N]^T，N≥3，控制周期Δt，上周期定姿給出的星本體相對于慣性系的四元數q＝[q₁,q₂,q₃,q₄]^T，陀螺常漂修正值b＝[b_x,b_y,b_z]^T，進行角速度估計和姿態預估計算，得到星本體慣性角速度ω＝[ω_x,ω_y,ω_z]^T和更新的四元數預估值q′；其中N為定姿使用的陀螺個數，Δg_i,i＝1,2,...N為各個陀螺輸出的角度增量值，下標x,y,z分別表示在星本體x軸、y軸、z軸的分量；具體為：

計算星本體慣性角速度ω＝R′Δg/Δt-b，其中R′是與陀螺安裝有關的從陀螺輸出量到角速度值的轉換矩陣，其計算公式為R′＝inv(R^TR)R^T，式中O_g1＝[O_gix,O_giy,O_giz],i＝1,2,...N為各個陀螺測量軸方向矢量在星本體坐標系的分量表示，下標x,y,z分別表示在星本體x軸、y軸、z軸的分量；

計算更新的四元數預估值其中Eq()是轉換函數，定義為

4.根據權利要求1所述的一種利用星敏信息姿態重置的航天器姿態機動穩定方法，其特征在于：所述步驟2)中進行衛星是否機動到位的判據具體為：是否已到達預定機動時間、姿態預估值與機動目標姿態誤差是否滿足指定閾值、角速度預估值與目標角速度誤差是否滿足指定閾值。