[發明專利]基于約束分析的雙矢量夾角限制范圍確定方法及系統

有效

• 申請號: 201911277694.2
• 申請日: 2019-12-11
• 公開（公告）號: CN111123961B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 趙輝;邊志強;何益康;陸國平;韓旭;陳祥;洪振強
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明提供了一種基于約束分析的雙矢量夾角限制范圍確定方法及系統，包括分析姿態奇異約束、分析姿態基準確定誤差約束，分析姿態機動能力約束、設置雙矢量夾角限制范圍。根據雙矢量確定的三軸姿態變化規律，判斷是否會發生姿態翻轉的姿態奇異現象；根據雙矢量確定的三軸姿態，通過分析姿態基準確定誤差，判斷天線、相機等載荷指向誤差是否滿足在軌要求；根據雙矢量確定的三軸姿態，通過分析姿態機動能力，判斷角動量和力矩是否滿足需求。綜合雙矢量確定的姿態奇異約束、姿態基準確定誤差約束和姿態機動能力約束，設置雙矢量夾角限制范圍。本發明解決了基于約束分析的雙矢量夾角限制范圍確定問題，方法簡單，工程上易于實現。

技術領域

本發明涉及航天器姿態控制領域，具體地，涉及一種基于約束分析的雙矢量夾角限制范圍確定方法及系統。

背景技術

航天器姿態控制方式有多種，常用的是三軸穩定姿態控制方式。其方法是限制兩軸的指向，利用右手法則確定航天器三軸姿態，保證航天器三軸姿態穩定。

空間中任意的雙矢量都可作為確定航天器三軸姿態的基準，但受能源、測控等因素影響，地心矢量、太陽矢量以及軌道面負法線矢量是常用的雙矢量之一。若以地心矢量和軌道面負法線矢量作為雙矢量，則雙矢量的夾角固定為90°，航天器姿態奇異情況分析簡單；若以地心矢量和太陽矢量作為雙矢量，由于地球公轉和航天器軌道運動，雙矢量夾角并不固定，而是0-360°變化，很有可能發生姿態奇異現象。

一方面雙矢量姿態基準確定影響天線、相機等載荷指向計算精度。確定姿態基準的精度與雙矢量的夾角有直接的關系。當雙矢量夾角越小時，雙矢量確定精度對姿態基準確定精度影響越大。

另一方面隨著航天器軌道運動，某一個矢量變化快，造成確定的姿態基準變化快，此時要求航天器能夠實時姿態機動跟蹤該發生變化的期望姿態。但受火箭發射能力，航天器大小等影響，航天器執行機構并不是無限配置，而是存在姿態機動能力包絡，若姿態變化超出航天器姿態機動能力包絡范圍，航天器將跟蹤不上雙矢量確定的三軸姿態指向。

航天器姿態奇異現象、雙矢量夾角對姿態基準確定誤差的影響以及航天器在軌機動能力是不得不面對的問題，為保證航天器在軌安全運行且完成任務，必須對這些約束進行分析，提出對雙矢量夾角的要求，從而根據要求制定相關的措施，保證航天器在軌安全可靠。

發明專利“大橢圓軌道姿態基準確定方法”(公開號：CN106767811A)提出了采用地心矢量和太陽矢量作為雙矢量，但是沒有涉及基于約束分析雙矢量夾角范圍。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于約束分析的雙矢量夾角限制范圍確定方法及系統。

根據本發明提供的一種基于約束分析的雙矢量夾角限制范圍確定方法，包括：

姿態奇異約束分析步驟：以選定的空間中雙矢量r₁(t)與r₂(t)作為姿態基準，根據設定的雙矢量確定三軸姿態準則X，分析航天器三軸姿態隨時間t的變化規律確定是否會發生姿態正負180°翻轉的姿態奇異現象；

姿態基準確定誤差約束分析步驟：根據雙矢量確定三軸姿態準則X，分析雙矢量的確定誤差，分析誤差放大倍數與雙矢量夾角的關系，確定姿態基準確定誤差對雙矢量夾角的約束Γ₁；

姿態機動能力約束分析步驟：確定角動量對雙矢量夾角的約束Γ₂₀，確定力矩對雙矢量夾角的約束Γ₂₁，將約束Γ₂₀和約束Γ₂₁合成姿態機動能力對雙矢量夾角的約束Γ₂。

雙矢量夾角限制范圍設置步驟：根據姿態奇異約束、姿態基準確定誤差對雙矢量夾角的約束Γ₁和姿態機動能力對雙矢量夾角的約束Γ₂，設置雙矢量夾角限制范圍Γ。