[發(fā)明專利]一種衛(wèi)星對地掃描的姿態(tài)跟蹤控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010811163.3
• 申請日: 2020-08-13
• 公開（公告）號: CN111897357B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尹俊雄;王蕊;張小偉;王靜吉;葉立軍;陳銀河
• 申請（專利權(quán)）人: 上海航天控制技術(shù)研究所
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 上海元好知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31323
• 代理人: 章麗娟;周乃鑫

1.一種衛(wèi)星對地掃描的姿態(tài)跟蹤控制方法，其特征在于，包括：

步驟S1、采用阿基米德曲線描述掃描點的地理經(jīng)緯度軌跡，得到衛(wèi)星在地表的掃描軌跡；

步驟S2、結(jié)合所述衛(wèi)星在地表的掃描軌跡與當前的衛(wèi)星位置信息獲取星體跟蹤的姿態(tài)角軌跡指令信息；

步驟S3、根據(jù)所述星體跟蹤的姿態(tài)角軌跡指令信息進行估算得到力矩和角動量的量級；

步驟S4、根據(jù)所述力矩和角動量的量級，以星體的三軸姿態(tài)角為控制量，采用PD控制和前饋補償控制律對星體的姿態(tài)角進行跟蹤控制。

2.如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星對地掃描的姿態(tài)跟蹤控制方法，其特征在于，所述衛(wèi)星在地表的掃描軌跡采用如下公式表示：

式中，λ₀為掃描起始點的地理經(jīng)度；為掃錨起始點的地理緯度；a為所述阿基米德曲線的螺距系數(shù)；φ為星體光軸繞地面起點與星體中心連線轉(zhuǎn)動過的角度；

則所述阿基米德曲線描述的掃描點的地理經(jīng)緯度軌跡的地理經(jīng)緯度坐標為

3.如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星對地掃描的姿態(tài)跟蹤控制方法，其特征在于，所述步驟S2包括：

將所述地理經(jīng)緯度坐標轉(zhuǎn)化為地心經(jīng)緯度坐標則所述地心經(jīng)緯度坐標用如下公式表示：

式中，f₁為地球子午線的橢圓截面的偏心率，則f₁＝(a_e-b_e)/a_e，其中a_e為赤道半徑，b_e為地球的極半徑；

將所述地心緯度坐標(α,δ)轉(zhuǎn)化為衛(wèi)星的赤經(jīng)、赤緯坐標(α,δ)，則所述赤經(jīng)、赤緯坐標(α,δ)用如下公式表示：

式中，t₀為初始位置時刻；t為當前運行位置時刻；G₀為t₀時格林威治恒星時角；ω_e為地球自旋轉(zhuǎn)速；

根據(jù)所述赤經(jīng)、赤緯坐標(α,δ)得到J2000慣性坐標系下的當前星上載荷對地覆蓋區(qū)域的中心對應(yīng)的位置矢量r_d＝[r_dx r_dy r_dz]^T，所述當前星上載荷對地覆蓋區(qū)域的中心對應(yīng)的位置矢量r_d＝[r_dx r_dy r_dz]^T用如下公式表示：

式中，r_e為掃描區(qū)域中心到地心的距離；

通過軌道遞推或者遙測計算得到衛(wèi)星的位置矢量為r_s＝[r_sx r_sy r_sz]^T；

設(shè)衛(wèi)星到目標點位置矢量的單位矢量為r_sd，所述單位矢量r_sd用如下公式表示：

設(shè)慣性系到軌道坐標系的第一姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣為R_oi，所述第一姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣R_oi用如下公式表示：

式中，ω為近地點幅角；f為真進點角；i為軌道傾角；Ω為升交點赤經(jīng)；

以軌道坐標系為參考系，將衛(wèi)星的姿態(tài)用312轉(zhuǎn)序的歐拉角來描述，則軌道坐標系到312轉(zhuǎn)序的的歐拉角的第二姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣為R_bo，所述第二姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣R_bo用如下公式表示：

式中，θ為俯仰角；為滾動角；ψ為偏航角；

若衛(wèi)星通過姿態(tài)機動使載荷掃描地面目標，且載荷光軸在本體系下的方向為z_b＝[0 01]^T，則需滿足的公式如下：

令偏航角ψ＝0，只通過控制俯仰角和滾動角，使衛(wèi)星實現(xiàn)對目標點的掃描；

記-R_oir_sd＝[x₁ y₁ z₁]^T，則俯仰角θ用如下公式表示：

θ＝arcsin(x₁)

滾動角用如下公式表示：