[發明專利]一種基于自主機動的火星探測對地天線指向恢復方法

有效

• 申請號: 202010623256.3
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111891402B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 劉付成;王衛華;秦捷;陸丹萍;馬瑞;吳迪
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: 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

本發明涉及一種基于自主機動的火星探測對地天線指向恢復方法，該方法的步驟包括：S1、在長期穩態飛行基準下，若高增益天線驅動異常，GNC根據最后一拍高增益天線驅動角，計算高增益天線對地指向目標姿態，自主規劃機動路徑機動至高增益天線對地指向目標姿態；S2、根據S1中的目標姿態計算，GNC根據器上飛輪力矩及角動量約束，自主進行路徑規劃，并計算機動路徑過程中的控制四元數及控制用角速度；S3、若仍然無通信建立，則進入繞對日軸慢旋狀態。本發明可根據在軌天線安裝特性，自主進行無通信情況下的物理通信鏈路恢復，保障通信天線的對地姿態指向，保障該姿態下太陽翼具備驅動跟蹤對日的能力。

技術領域

本發明涉及火星探測姿態控制技術，具體涉及一種基于自主機動的火星探測對地天線指向恢復方法。

背景技術

我國計劃于2020年發射火星探測器，一次實現“繞”、“落”、“巡”的三步走流程。隨著探測器的飛行，探測器距離火星越來越近，器地距離隨之增加，相比于近地衛星，直接帶來的影響就是通信延遲增大，無法實施實時的星地大回路控制，因此要求器上具備自主恢復通信功能的處置能力。

根據火星探測器對測控數傳能力的需求不同，火星探測器配置高增益、低增益天線組合方式進行器地鏈路保障。由于天線波束限制，器上必須依靠GNC姿態的配合，才能保障對地通信。在故障情況下，GNC分系統需自主進行多次姿態機動及安全姿態的建立實現快速及最終姿態的保障。

國外深空探測過程中一般采用噴氣慢旋姿態，該姿態可保持固定軸對地穩定，在對地穩定軸上安裝通信天線，可保障通信鏈路的持續穩定。

一旦失去對地通信，則探測器與地面失聯，目前國內外沒有好的解決辦法。

發明內容

本發明解決的技術問題是：為克服現有技術的不足，本發明提供了一種基于自主機動的火星探測對地天線指向恢復方法，在測控異常情況下，基于GNC姿態快速轉動實現備份天線的對地指向，配合測控分系統完成主備功能切換。

本發明解決技術的方案是：

一種基于自主機動的火星探測對地天線指向恢復方法，用于器地通信異常情況下，配合綜合電子實現天線波束指向，建立幾何通信鏈路，該方法的步驟包括：

S1、在長期穩態飛行基準下，若高增益天線驅動異常，GNC根據最后一拍高增益天線驅動角，計算高增益天線對地指向目標姿態，自主規劃機動路徑機動至高增益天線對地指向目標姿態；

若中增益及低增益天線1通信異常，GNC計算低增益天線2對地指向目標姿態；

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自主進入繞X軸慢旋姿態實現由星敏感器到太陽敏感器切換；

S2、根據S1中的目標姿態計算，GNC根據器上飛輪力矩及角動量約束，自主進行路徑規劃，并計算機動路徑過程中的控制四元數及控制用角速度；

根據當前對日姿態四元數與目標姿態四元數，計算誤差四元數；

確定機動路徑參數；

確定姿態機動的路徑規劃的路徑；

確定閉環控制誤差四元數及前饋控制力矩；

S3、若仍然無通信建立，則進入繞對日軸慢旋狀態，其中俯仰和偏航軸依據模擬太陽角計直接測量帶入控制器，進行解耦的閉環跟蹤控制，滾動軸以陀螺測量角速度為測量值，以飛輪轉速為輸出量進行單比例閉環控制。

進一步的，長期穩態飛行基準四元數q_s計算方法為：

q_s＝C(R_s)