[發(fā)明專利]一種基于軌控偏差力矩系數(shù)標定的小衛(wèi)星軌控優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010895827.9
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112046795B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設計）人: 胡建龍;范林東;孟德利;戴路;徐開;王國剛;劉東宸
• 申請（專利權）人: 長光衛(wèi)星技術股份有限公司
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產(chǎn)權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

1.一種基于軌控偏差力矩系數(shù)標定的小衛(wèi)星軌控優(yōu)化方法，其特征在于，當小衛(wèi)星僅安裝軌控推力器且飛輪組控制能力有限的情況下，小衛(wèi)星推進系統(tǒng)只配備一個軌控推力器，不具備姿控推力器，所述小衛(wèi)星軌控優(yōu)化方法包括以下步驟：

步驟1：確定在軌衛(wèi)星的軌控任務中的遙測數(shù)據(jù)；

步驟2：根據(jù)步驟1中的遙測數(shù)據(jù)，進行軌控偏差力矩系數(shù)標定；

步驟3：根據(jù)步驟2的軌控偏差力矩系數(shù)的標定結果進行軌道控制任務，衛(wèi)星姿態(tài)調(diào)整至軌控任務姿態(tài)；

步驟4：根據(jù)偏差力矩系數(shù)的標定結果對各軸進行角動量偏置；

步驟5：執(zhí)行軌道控制任務，當軌控任務完成后，調(diào)整衛(wèi)星至長期工作姿態(tài)；

所述步驟4的調(diào)整各軸偏置角動量具體為，

常規(guī)的姿態(tài)控制策略，默認會把飛輪的轉(zhuǎn)速降低到較低的范圍，使得整星的角動量較??；假設軌控任務的偏差力矩系數(shù)為S_x,S_y,S_z，衛(wèi)星的單軸最大吸收角動量為ΔH_max，且初始時刻飛輪組的各軸角動量為0，則單次軌控任務的半長軸最大控制量為：

其中，S_min＝min(|S_x|,|S_y|,|S_z|)，a為軌道半長軸，m為衛(wèi)星質(zhì)量，μ為地球引力常數(shù)；

由偏差力矩系數(shù)標定結果可知，在執(zhí)行軌控任務前可以根據(jù)偏差力矩系數(shù)對各軸角動量進行提前偏置，各軸偏置量如下：

偏置后單次軌控任務的半長軸最大控制量為：

由式(11)可知，經(jīng)角動量偏置后單次軌控任務的半長軸控制量為原來的2倍。

2.根據(jù)權利要求1所述一種基于軌控偏差力矩系數(shù)標定的小衛(wèi)星軌控優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟2軌控偏差力矩系數(shù)標定具體包括以下兩個步驟：

步驟2.1：推力角度偏差，所述推力角度偏差包括推力器安裝偏差角和推力軸向偏差角；

步驟2.2：推力作用位置及偏差，所述推力作用位置及偏差包括衛(wèi)星質(zhì)心位置及偏差和推力器安裝偏差。

3.根據(jù)權利要求2所述一種基于軌控偏差力矩系數(shù)標定的小衛(wèi)星軌控優(yōu)化方法，其特征在于，假設衛(wèi)星推力器的推力標稱值為f，推力角度偏差引起的該推力在衛(wèi)星本體坐標系各個軸向上的值如下：

其中，[f_x,f_y,f_z]為推力在各個軸上分量，矩陣P為推力器安裝坐標系相對于小衛(wèi)星本體坐標系的矩陣；

衛(wèi)星推力器的推力矢量和推力作用位置矢量共同造成衛(wèi)星的偏差力矩；由于M＝L×F，因此各個軸偏差力矩為：

其中L＝[l_x,l_y,l_z]為推力器推力作用位置在本體坐標系下坐標，M＝[M_x,M_y,M_z]為推力器在本體坐標系偏差力矩，F(xiàn)為推力器在本體坐標系下的推力矢量；

衛(wèi)星的軌控任務中半長軸變化量和推力器工作時間關系如下：

其中，a為軌道半長軸，m為衛(wèi)星質(zhì)量，p為軌道半通徑，μ為地球引力常數(shù)，e為軌道偏心率，θ為真近點角，f_x和f_z分別為推力在衛(wèi)星X軸和Z軸方向的分量，Δt為推力器的工作時間；

若衛(wèi)星運行在圓軌道上，且軌控任務中衛(wèi)星本體坐標系與衛(wèi)星軌道坐標系重合，則上式簡化為：

由于衛(wèi)星偏差力矩的積分會導致衛(wèi)星角動量的變化，即衛(wèi)星角動量ΔH＝MΔt，分解到各個坐標軸如下所示：

其中，ΔH＝[ΔH_x,ΔH_y,ΔH_z]為衛(wèi)星角動量的變化量；

軌道控制任務引起的半長軸變化和整星角動量變化，得到下式：

定義S_x，S_y，S_z為衛(wèi)星軌控任務的偏差力矩系數(shù)，如下所示：

則半長軸變化和整星角動量變化的關系化簡為：

由式(8)可知，衛(wèi)星單次軌道控制任務的半長軸控制量主要取決于，偏差力矩系數(shù)和衛(wèi)星角動量變化量；其中，若偏差力矩系數(shù)為正，則軌控任務中衛(wèi)星角動量正向變化，否則相反；若偏差力矩系數(shù)絕對值越大，則軌控任務中該軸角動量變化越小。

4.根據(jù)權利要求1所述一種基于軌控偏差力矩系數(shù)標定的小衛(wèi)星軌控優(yōu)化方法，其特征在于，各軸的角動量偏置通過磁力距器進行，磁力矩器偏置角動量過程如下：

T＝-k(h-h_N)＝-kΔh (12)

其中，k是控制增益，h是飛輪組的角動量矢量，h_N是目標的輪組角動量矢量；Δh即為需要改變的飛輪組角動量；

磁力矩公式為：

T＝M×B (13)

則根據(jù)需要改變的飛輪組角動量Δh和三軸磁強計測量得到的地球磁場強度相對于本體坐標系的矢量B，計算三個軸的磁力矩器的輸出磁矩如下：