[發明專利]一種用于遠距離分布式衛星的組合姿態控制方法及系統

有效

• 申請號: 202011087344.2
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112319857B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 韓亞權;王繼河;張錦繡;孫俊;孫玥
• 申請（專利權）人: 中山大學;上海航天控制技術研究所
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郭浩輝;麥小嬋

本發明公開了一種用于遠距離分布式衛星的組合姿態控制方法及系統，所述方法包括：采用雙矢量定姿模型確定衛星的目標姿態；對影響遠距離分布式衛星姿態精度的空間環境干擾力矩進行建模；在初指向姿態控制階段，通過設計的自適應模糊控制算法對衛星進行毫弧度的姿態指向精度的控制；在高精度姿態跟蹤控制階段，將激光陀螺作為測量器件，并設計衛星對應的掃描不確定區策略；通過設計的角速度跟蹤掃描控制方法對衛星進行微弧度的姿態指向精度的控制。本發明能夠在實現衛星初指向控制的基礎上，通過衛星帶動激光進行捕獲和掃描不確定區的方法，提高了衛星的姿態穩定度，并達到更高的姿態相對指向控制精度，實現遠距離分布式衛星間的高精度對準。

技術領域

本發明涉及衛星控制技術領域，尤其是涉及一種用于遠距離分布式衛星的組合姿態控制方法及系統。

背景技術

近年來，分布式衛星是航天器空間技術發展的熱點，其中，航天器高精度姿態控制是該研究領域的重點和難點之一，對空間引力波探測任務具有十分重要的意義。對于遠距離和高精度的編隊飛行任務，當前的模型和控制精度難于滿足該任務的需求。

針對傳統分布式編隊不滿足指向精度要求的缺點，現有技術通過將引力波探測衛星基于激光作為測量器件，實現高精度的姿態指向控制。針對遠距離分布式衛星高精度姿態指向控制需求，將衛星姿態指向控制系統分解為兩個階段，分別為分布式衛星姿態初指向控制和高精度激光校準與掃描控制階段。因此，在分布式衛星姿態初指向控制階段，建立該軌道下太陽光壓力矩、重力梯度力矩和剩磁力矩等干擾力矩的數學模型，明確和計算衛星的目標姿態是必要的。

但是，在對現有技術的研究與實踐的過程中，本發明的發明人發現，現有技術存在如下缺陷：由于現有技術主要解決低軌道和星間距離短的情況，而對于遠距離分布式衛星系統，由于現有技術在初指向控制階段的穩定度不夠高，導致航天器之間沒有完全對準，從而形成一個毫弧度量級的不確定區，使得航天器間對準的精度降低，導致無法有效控制航天器間達到更高的姿態相對指向控制精度，衛星姿態精度無法滿足空間任務需求。因此，亟需一種能夠克服上述缺陷的用于衛星的組合姿態控制方法及系統。

發明內容

本發明實施例所要解決的技術問題在于，提供一種用于遠距離分布式衛星的組合姿態控制方法及系統，針對遠距離和高精度的編隊飛行任務，解決傳統低軌和星間距離短的分布式衛星系統姿態控制精度不足的問題，實現分布式衛星高精度的姿態指向控制。

為解決上述問題，本發明的一個實施例提供了一種用于遠距離分布式衛星的組合姿態控制方法，至少包括如下步驟：

采用雙矢量定姿模型確定衛星的目標姿態；

對影響遠距離分布式衛星姿態精度的空間環境干擾力矩進行建模；

在初指向姿態控制階段，通過設計的自適應模糊控制算法對衛星進行毫弧度的姿態指向精度的控制；

在高精度姿態跟蹤控制階段，將激光陀螺作為測量器件，并設計衛星對應的掃描不確定區策略；

通過設計的角速度跟蹤掃描控制方法對衛星進行微弧度的姿態指向精度的控制。

進一步地，所述用于遠距離分布式衛星的組合姿態控制方法，還包括：

根據衛星的初始位置和初始軌道信息，建立雙矢量定姿模型。

進一步地，所述采用雙矢量定姿模型確定衛星的目標姿態，具體為：

通過星敏感器對捕獲的星體圖像進行數模轉化和星圖識別，用于計算各衛星本體相對于地心慣性坐標系的姿態信息，并計算出各衛星本體坐標系相對于地心慣性坐標系的姿態轉換矩陣；

根據衛星的初始位置和軌道信息，計算出衛星的地心慣性坐標系相對于質心軌道坐標系的姿態轉換矩陣；