[發(fā)明專利]一種基于自主機(jī)動(dòng)的火星探測(cè)對(duì)地天線指向恢復(fù)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010623256.3
• 申請(qǐng)日: 2020-06-30
• 公開（公告）號(hào): CN111891402B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉付成;王衛(wèi)華;秦捷;陸丹萍;馬瑞;吳迪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海航天控制技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): B64G1/24
• 分類號(hào): B64G1/24;B64G1/22
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 任林沖

1.一種基于自主機(jī)動(dòng)的火星探測(cè)對(duì)地天線指向恢復(fù)方法，用于器地通信異常情況下，配合綜合電子實(shí)現(xiàn)天線波束指向，建立幾何通信鏈路，其特征在于，該方法的步驟包括：

S1、在長期穩(wěn)態(tài)飛行基準(zhǔn)下，若高增益天線驅(qū)動(dòng)異常，GNC根據(jù)最后一拍高增益天線驅(qū)動(dòng)角，計(jì)算高增益天線對(duì)地指向目標(biāo)姿態(tài)，自主規(guī)劃機(jī)動(dòng)路徑機(jī)動(dòng)至高增益天線對(duì)地指向目標(biāo)姿態(tài)；

若中增益及低增益天線1通信異常，GNC計(jì)算低增益天線2對(duì)地指向目標(biāo)姿態(tài)；

若增益天線無通信鏈路且中低增益天線切換后仍無通信，GNC自主進(jìn)入繞X軸慢旋姿態(tài)實(shí)現(xiàn)由星敏感器到太陽敏感器切換；

S2、根據(jù)S1中的目標(biāo)姿態(tài)計(jì)算，GNC根據(jù)器上飛輪力矩及角動(dòng)量約束，自主進(jìn)行路徑規(guī)劃，并計(jì)算機(jī)動(dòng)路徑過程中的控制四元數(shù)及控制用角速度；

根據(jù)當(dāng)前對(duì)日姿態(tài)四元數(shù)與目標(biāo)姿態(tài)四元數(shù)，計(jì)算誤差四元數(shù)；

確定機(jī)動(dòng)路徑參數(shù)；

確定姿態(tài)機(jī)動(dòng)的路徑規(guī)劃的路徑；

確定閉環(huán)控制誤差四元數(shù)及前饋控制力矩；

S3、若仍然無通信建立，則進(jìn)入繞對(duì)日軸慢旋狀態(tài)，其中俯仰和偏航軸依據(jù)模擬太陽角計(jì)直接測(cè)量帶入控制器，進(jìn)行解耦的閉環(huán)跟蹤控制，滾動(dòng)軸以陀螺測(cè)量角速度為測(cè)量值，以飛輪轉(zhuǎn)速為輸出量進(jìn)行單比例閉環(huán)控制。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于自主機(jī)動(dòng)的火星探測(cè)對(duì)地天線指向恢復(fù)方法，其特征在于，長期穩(wěn)態(tài)飛行基準(zhǔn)四元數(shù)q_s計(jì)算方法為：

q_s＝C(R_s)

其中，為地球指向探測(cè)器的矢量，為探測(cè)器指向太陽的矢量，分別為探測(cè)器本體x，y，z軸在地球J2000慣性系下的表示；R_s為地球J2000慣性系到長期穩(wěn)態(tài)飛行基準(zhǔn)的姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣；C為姿態(tài)矩陣轉(zhuǎn)四元數(shù)算法，q_s為對(duì)日基準(zhǔn)四元數(shù)。

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于自主機(jī)動(dòng)的火星探測(cè)對(duì)地天線指向恢復(fù)方法，其特征在于，高增益天線對(duì)地指向目標(biāo)姿態(tài)計(jì)算方法為：

本體系下的高增益天線電軸指向

其中，R_x(·)，R_y(·)為繞x，y軸旋轉(zhuǎn)矩陣計(jì)算方法，α為高增益天線二維驅(qū)動(dòng)X軸當(dāng)前角度，β為高增益天線二維驅(qū)動(dòng)Y軸當(dāng)前角度，R_g為高增益天線安裝矩陣；

計(jì)算高增益天線對(duì)地指向目標(biāo)姿態(tài)，定義

q_g＝C(R_g)

其中，q_g為高增益天線對(duì)地指向目標(biāo)姿態(tài)，為地球指向探測(cè)器的矢量，為探測(cè)器指向太陽的矢量，C為姿態(tài)矩陣轉(zhuǎn)四元數(shù)算法。

4.如權(quán)利要求1所述的一種基于自主機(jī)動(dòng)的火星探測(cè)對(duì)地天線指向恢復(fù)方法，其特征在于，低增益天線2對(duì)地指向目標(biāo)姿態(tài)確定方法為：

本體系下低增益天線2的指向：

定義

q_l＝C(R_l)

其中，q_l為高增益天線對(duì)地指向目標(biāo)姿態(tài)，為地球指向探測(cè)器的矢量，為探測(cè)器指向太陽的矢量，C為姿態(tài)矩陣轉(zhuǎn)四元數(shù)算法。

5.如權(quán)利要求1所述的一種基于自主機(jī)動(dòng)的火星探測(cè)對(duì)地天線指向恢復(fù)方法，其特征在于，根據(jù)當(dāng)前對(duì)日姿態(tài)四元數(shù)與目標(biāo)姿態(tài)四元數(shù)，計(jì)算誤差四元數(shù)：

進(jìn)而得到：

其中，Φ₁為歐拉角，為歐拉軸。