[發(fā)明專利]帶太陽帆板的傾斜軌道衛(wèi)星對日最優(yōu)固定偏航角確定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010017498.8
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111208847B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 繩濤;熊亞洲;趙勇;白玉鑄;陳利虎;楊磊;宋新;楊園華
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 北京奧文知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11534
• 代理人: 張文;苗麗娟

本發(fā)明公開了一種帶太陽帆板的傾斜軌道衛(wèi)星對日最優(yōu)固定偏航角確定方法，該方法包括：對于給定的太陽高度角λ，根據(jù)求解精度取偏航角θ和太陽方位角的步長分別為θsubgt;step/subgt;和將每個步長對應(yīng)的偏航角和太陽方位角記為θsubgt;k/subgt;和對于不同的θsubgt;k/subgt;，計算：當λ＞0時，在θsubgt;k/subgt;的負值區(qū)間內(nèi)序列點由正到負過零點θsubgt;k/subgt;即為所求的最優(yōu)固定偏航角；當λ＜0時，在θsubgt;k/subgt;的正值區(qū)間內(nèi)序列點由正到負過零點θsubgt;k/subgt;即為所求的最優(yōu)固定偏航角。本發(fā)明的帶太陽帆板的傾斜軌道衛(wèi)星對日最優(yōu)固定偏航角確定方法，綜合考慮了固定偏航角與帆板驅(qū)動機構(gòu)運行規(guī)律的相互影響關(guān)系，最終獲取的是理論最優(yōu)固定偏航角。衛(wèi)星以該最優(yōu)偏航角配合太陽帆板驅(qū)動機構(gòu)運行，可實現(xiàn)該模式下理論上最大的太陽能獲取效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航天器控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶太陽帆板的傾斜軌道衛(wèi)星對日最優(yōu)固定偏航角確定方法。

背景技術(shù)

傾斜軌道衛(wèi)星指的是人造衛(wèi)星繞地球圓周運動的軌道與赤道之間的傾角＞0的衛(wèi)星，這種衛(wèi)星可對一個地方實施定點偵查，還可以進行不同緯度的氣象觀測。對于帶單自由度太陽帆板的衛(wèi)星，由于升交點赤經(jīng)變化和地球公轉(zhuǎn)，太陽矢量與衛(wèi)星軌道面的夾角呈大角度變化，由此導(dǎo)致的太陽能損失較大。

現(xiàn)有技術(shù)中為了提高太陽帆板的對日性能，一種方式是衛(wèi)星做實時的偏航機動以配合太陽帆板驅(qū)動機構(gòu)來實現(xiàn)高精度的太陽帆板對日定向。然而該方式會導(dǎo)致控制系統(tǒng)設(shè)計難度增大，姿態(tài)控制精度降低。另一種方式采取的策略是衛(wèi)星做固定偏航機動，在實現(xiàn)一定的太陽能獲取效率的同時兼顧整星姿態(tài)控制精度。在該種方式中，獲取固定偏航角的方法為：假設(shè)帆板驅(qū)動機構(gòu)的運行規(guī)律不受固定偏航角的影響，通過計算一軌中獲取太陽能的平均功率的最大值來計算該偏航角。

對于傾斜軌道衛(wèi)星而言，以固定偏航角運行時，其太陽帆板驅(qū)動機構(gòu)的運行規(guī)律與該固定偏航角有關(guān)，即不同固定偏航角對應(yīng)不同的太陽帆板驅(qū)動機構(gòu)運行規(guī)律。太陽能獲取效率不但受到固定偏航角大小的影響，還與太陽帆板驅(qū)動機構(gòu)的運行規(guī)律密切相關(guān)。因此，目前基于假設(shè)帆板驅(qū)動機構(gòu)的運行規(guī)律不受固定偏航角影響的固定偏航角計算方法沒有考慮到固定偏航角對帆板驅(qū)動機構(gòu)運行規(guī)律的影響，因此所求的固定偏航角不是最優(yōu)結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種帶太陽帆板的傾斜軌道衛(wèi)星對日最優(yōu)固定偏航角確定方法。具體技術(shù)方案如下：

一種帶太陽帆板的傾斜軌道衛(wèi)星對日最優(yōu)固定偏航角確定方法，所述方法包括：對于給定的太陽高度角λ，根據(jù)求解精度取偏航角θ和太陽方位角的步長分別為θ_step和將每個步長對應(yīng)的偏航角和太陽方位角記為θ_k和

對于不同的θ_k，計算：

取使大于零的θ_k的絕對值作為最優(yōu)固定偏航角；

其中，

式中，λ表示太陽高度角，表示太陽方位角，θ為待求解的固定偏航角。

在一種可能的設(shè)計中，軌道系的原點為衛(wèi)星質(zhì)心，X軸正方向為衛(wèi)星速度方向，Y軸正方向為軌道負法線方向，Z軸正方向根據(jù)右手定則確定。

在一種可能的設(shè)計中，所述方法還包括：

根據(jù)太陽星歷計算太陽高度角λ和方位角進而得到太陽矢量在軌道系分量：

根據(jù)太陽帆板驅(qū)動機構(gòu)轉(zhuǎn)角ρ以及待求解的固定偏航角θ，計算得到帆板法線在軌道系分量：G_o＝[cos(θ)cos(ρ)，sin(θ)cos(ρ)，sin(ρ)]。

在一種可能的設(shè)計中，所述方法還包括：