[發明專利]一種有利于熱平衡的航天器對日定向目標坐標系確定方法

有效

• 申請號: 201910563527.8
• 申請日: 2019-06-26
• 公開（公告）號: CN110231830B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 劉其睿;王淑一;袁利;諶穎;車汝才;李文博;高進;張怡;何海鋒;葛瑩;王麗嬌;吳倩;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: 張歡

一種有利于熱平衡的航天器對日定向目標坐標系確定方法，包括步驟如下：(1)確定對日定向目標坐標系中衛星標稱姿態時星本體三軸中需要分別指向太陽矢量和地心矢量的軸，并確定優先方向；以優先方向為基準計算對日定向目標坐標系中星本體三軸標稱方向的矢量表示；(2)根據太陽矢量和地心矢量在衛星姿態規定的參考坐標系的分量表示和調整矩陣，給出對日定向目標坐標系相對于參考坐標系的轉換矩陣表達式。在保證衛星固定帆板面對日定向功能的基礎上，當衛星沿本發明的方法確定的對日定向目標坐標系姿態飛行時，某一側面將始終面向冷空間。

技術領域

本發明屬于航天器姿態確定與控制領域，涉及是一種航天器對日定向目標坐標系確定方法。

背景技術

采用固定帆板配置的衛星，為保證整星能源平衡，往往需要在一個軌道周期內自主進行多次對日定向和對地定向姿態的切換，這對衛星熱平衡的設計提出了難題。在陽照區，衛星有成像任務時需要對地定向，對于降交點地方時為上午軌道的衛星，其靠近軌道負法線方向的側面一般不會受到太陽照射，若設計為散熱面有利于整星熱平衡；對于降交點地方時為下午軌道的衛星，則正好相反。而當衛星在陽照區沒有成像任務時，衛星帆板面對日定向給整星充電，按照現有的對日定向方法，散熱面的方位有可能朝向冷空間也有可能朝向地球一側，朝向地球一側時將對散熱功能帶來不利的影響。與此對應的，對于某些具有保溫需求的載荷，熱平衡設計通常要求避免朝向冷空間而是朝向地球方向以充分利用地球輻照加熱，現有的對日定向方法也難以解決這類需求。

為解決這一類問題，需要針對航天器熱平衡需求提出新的對日定向目標坐標系確定方法。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種有利于熱平衡的航天器對日定向目標坐標系確定方法，在保證衛星固定帆板面對日定向功能的基礎上，當衛星沿此對日定向目標坐標系姿態飛行時，某一側面將始終面向冷空間。該對日定向目標坐標系設置了調整矩陣，通過調整矩陣設置可將衛星任一側面設置為對日定向飛行時朝向冷空間的一面，給散熱面設計帶來極大的靈活性，衛星可根據散熱面的方位設置相應的調整矩陣。與此對應的，與該側面相對的另一側面將始終面向地球，將該側面作為保溫面將有利于具有較高溫控需求設備的熱平衡溫控。

本發明的技術解決方案是：一種有利于熱平衡的航天器對日定向目標坐標系確定方法，包括步驟如下：

(1)確定對日定向目標坐標系中衛星標稱姿態時星本體三軸中需要分別指向太陽矢量和地心矢量的軸，并確定優先方向；以優先方向為基準計算對日定向目標坐標系中星本體三軸標稱方向的矢量表示；

優先方向是指星本體三軸中需要完全指向太陽矢量或地心矢量的軸。

(2)根據太陽矢量和地心矢量在衛星姿態規定的參考坐標系的分量表示和調整矩陣，給出對日定向目標坐標系相對于參考坐標系的轉換矩陣表達式。

步驟(1)的具體步驟如下：

計算優先方向的矢量表示；

根據星本體三軸中指向地心矢量的軸計算星本體三軸中第三個軸的矢量表示；

根據正交化原則對指向地心矢量的軸進行重新計算，獲得指向地心矢量的軸的矢量表示。

步驟(2)的具體步驟為：

根據軌道計算結果和參考坐標系定義，給出太陽矢量和地心矢量在參考坐標系中的表示；

給出對日定向目標坐標系相對于參考坐標系的轉換矩陣表達式

其中，C_adjust為調整矩陣；分別為對日定向目標坐標系中星本體三軸標稱方向的矢量表示。

步驟(2)中，根據衛星任務需要調整對日定向目標坐標系指向時，C_adjust可設置為其他正交矩陣形式。

本發明相對于現有技術的優點在于：