[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(hào): CN111897357B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(hào): G05D1/08
• 分類號(hào): G05D1/08
• 代理公司: 上海元好知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31323
• 代理人: 章麗娟;周乃鑫

本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星對地掃描的姿態(tài)跟蹤控制方法，包括：采用阿基米德曲線描述掃描點(diǎn)的地理經(jīng)緯度軌跡，得到衛(wèi)星在地表的掃描軌跡；結(jié)合所述衛(wèi)星在地表的掃描軌跡與當(dāng)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；根據(jù)所述星體跟蹤的姿態(tài)角軌跡指令信息進(jìn)行估算得到力矩和角動(dòng)量的量級(jí)；根據(jù)所述力矩和角動(dòng)量的量級(jí)，以星體的三軸姿態(tài)角為控制量，采用PD控制和前饋補(bǔ)償控制律對星體的姿態(tài)角進(jìn)行跟蹤控制。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了通過衛(wèi)星姿態(tài)的機(jī)動(dòng)對地表按特定軌跡掃描的功能，使得衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)更加簡單，能夠有效地減小衛(wèi)星的體積和重量，提高系統(tǒng)的可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星在地表掃描軌跡的規(guī)劃、姿態(tài)參考指令生成和姿態(tài)軌跡跟蹤控制技術(shù)，特別涉及一種衛(wèi)星對地掃描的姿態(tài)跟蹤控制方法。

背景技術(shù)

在衛(wèi)星過頂時(shí)，對特定區(qū)域進(jìn)行通訊和掃描偵查時(shí)，常需要天線或相機(jī)等載荷轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)凝視或跟蹤特定軌跡，則衛(wèi)星在地表的掃描時(shí)，增加了衛(wèi)星的體積和重量，使得可靠性降低。但在體積較小或無轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的衛(wèi)星上，則需要星體的姿態(tài)機(jī)動(dòng)來完成星上固定天線或相機(jī)的對地掃描任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所需要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種衛(wèi)星對地掃描的姿態(tài)跟蹤控制方法，以解決需使用轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星對地表的掃描，從而增加了衛(wèi)星的體積和重量，使得可靠性降低的問題。

為了解決以上問題，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種衛(wèi)星對地掃描的姿態(tài)跟蹤控制方法，包括：步驟S1、采用阿基米德曲線描述掃描點(diǎn)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(dāng)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(jìn)行估算得到力矩和角動(dòng)量的量級(jí)；步驟S4、根據(jù)所述力矩和角動(dòng)量的量級(jí)，以星體的三軸姿態(tài)角為控制量，采用PD控制和前饋補(bǔ)償控制律對星體的姿態(tài)角進(jìn)行跟蹤控制。

優(yōu)選地，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(diǎn)的地理經(jīng)度；為掃錨起始點(diǎn)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(diǎn)與星體中心連線轉(zhuǎn)動(dòng)過的角度；則所述阿基米德曲線描述的掃描點(diǎn)的地理經(jīng)緯度軌跡的地理經(jīng)緯度坐標(biāo)為

優(yōu)選地，所述步驟S2包括：將所述地理經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為地心經(jīng)緯度坐標(biāo)則所述地心經(jīng)緯度坐標(biāo)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(biāo)(α,δ)轉(zhuǎn)化為衛(wèi)星的赤經(jīng)、赤緯坐標(biāo)(α,δ)，則所述赤經(jīng)、赤緯坐標(biāo)(α,δ)用如下公式表示：

式中，t₀為初始位置時(shí)刻；t為當(dāng)前運(yùn)行位置時(shí)刻；G₀為t₀時(shí)格林威治恒星時(shí)角；ω_e為地球自旋轉(zhuǎn)速。

根據(jù)所述赤經(jīng)、赤緯坐標(biāo)(α,δ)得到J2000慣性坐標(biāo)系下的當(dāng)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(dāng)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：