[發(fā)明專利]一種衛(wèi)星姿態(tài)機動輔助實現(xiàn)窄視場載荷指向標定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011632355.4
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112835071B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發(fā)明（設計）人: 杜寧;吳樹范;王世耀;陳文暉;徐家國;慕忠成
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01S19/23
• 分類號: G01S19/23
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 孟旭彤

本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星姿態(tài)機動輔助實現(xiàn)窄視場載荷指向標定方法包括：根據(jù)本星和目標星軌道參數(shù)、載荷安裝矩陣理論值，建立對目標凝視姿態(tài)；在衛(wèi)星凝視坐標系內(nèi)垂直載荷視軸平面內(nèi)，由中心點開始，計算阿基米德螺旋線，實時規(guī)劃載荷視軸的掃描方向；以軌道面法線作為參考矢量，根據(jù)螺旋線規(guī)劃的載荷視軸方向，實時計算衛(wèi)星相對凝視坐標系的掃描姿態(tài)，結(jié)合凝視姿態(tài)，計算衛(wèi)星相對軌道坐標系的目標姿態(tài)，并獲取衛(wèi)星期望角速度；根據(jù)衛(wèi)星當前姿態(tài)和角速度計算姿態(tài)和角速度的偏差，進而實現(xiàn)載荷信號方向的螺旋線掃描；雙方實現(xiàn)信號捕獲后，記錄當前姿態(tài)，結(jié)合理論姿態(tài)，解算載荷對應的安裝矩陣實測值，不需再次螺旋掃描，即可實現(xiàn)窄視場載荷正常通信。

技術領域

本發(fā)明涉及航空航天領域，具體涉及一種衛(wèi)星姿態(tài)機動輔助實現(xiàn)窄視場載荷指向標定方法。

背景技術

衛(wèi)星上安裝的Ku波段，Ka波段高速數(shù)傳天線、激光通信載荷等，均屬于典型的窄視場載荷。Ku波段天線視場半錐角0.15°量級，激光通信載荷工作視場半錐角0.1°量級。在通信鏈路建立過程中，通常由載荷自身攜帶的二維轉(zhuǎn)臺控制信號方向，令載荷視軸指向目標星理論方向后，從不確定區(qū)域中心開始進行覆蓋式掃描，對方衛(wèi)星接收到信號后，標定該指向偏差，進而建立通信鏈路。

其中，載荷從不確定區(qū)域中心開始進行覆蓋式掃描為決定建鏈成功與否的關鍵步驟。通常需要載荷安裝二維轉(zhuǎn)臺，用于通信鏈路建立過程的覆蓋式掃描。對于安裝窄視場載荷的微小衛(wèi)星，載荷二維轉(zhuǎn)臺工作期間將對衛(wèi)星本體產(chǎn)生干擾，進而影響激光載荷視軸指向穩(wěn)定度；而且受整星重量約束，載荷往往無法安裝二維轉(zhuǎn)臺。因此，對于安裝窄視場載荷的微小衛(wèi)星，有必要開發(fā)一種衛(wèi)星姿態(tài)機動輔助實現(xiàn)窄視場載荷指向標定方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題是對于安裝窄視場載荷的微小衛(wèi)星，如何開發(fā)一種衛(wèi)星姿態(tài)機動輔助用于實現(xiàn)窄視場指向標定方法，提供一種衛(wèi)星姿態(tài)機動輔助實現(xiàn)窄視場載荷指向標定方法。

本發(fā)明是通過下述技術方案來解決上述技術問題：

一種衛(wèi)星姿態(tài)機動輔助實現(xiàn)窄視場載荷指向標定方法，所述方法包括：

根據(jù)本衛(wèi)星和目標衛(wèi)星的軌道參數(shù)和載荷安裝姿態(tài)矩陣的理論值，所述本衛(wèi)星建立對所述目標衛(wèi)星的凝視姿態(tài)；

在所述本衛(wèi)星的凝視坐標系中垂直載荷視軸的平面內(nèi)，由不確定區(qū)域的中心點開始進行覆蓋式掃描，實時計算所述載荷視軸的掃描方向；

以所述本衛(wèi)星的軌道面法線作為參考矢量，根據(jù)所述實時計算所述載荷視軸的掃描方向，實時計算所述本衛(wèi)星相對所述凝視坐標系的掃描姿態(tài)并結(jié)合所述凝視姿態(tài)，計算本衛(wèi)星相對軌道坐標系的目標姿態(tài)，并獲取所述本衛(wèi)星的期望角速度；

根據(jù)所述本衛(wèi)星當前姿態(tài)、和所述期望角速度計算所述本衛(wèi)星的姿態(tài)偏差和角速度偏差，實現(xiàn)所述窄視場載荷的信號方向掃描；

記錄掃描過程中所述窄視場載荷信號捕獲成功時刻對應的所述本衛(wèi)星掃描姿態(tài)并結(jié)合所述凝視姿態(tài)，獲取所述載荷安裝姿態(tài)矩陣的實測值進而重新計算所述凝視姿態(tài)，作為本衛(wèi)星窄視場載荷工作的目標姿態(tài)，從而實現(xiàn)衛(wèi)星間穩(wěn)定通信。

進一步地，對所述不確定區(qū)域進行覆蓋式掃描的方法包括阿基米德螺旋線方法或矩形螺旋線方法。

進一步地，獲取所述期望角速度的方法為差分方法；可調(diào)用PID控制器實現(xiàn)高精度控制從而實現(xiàn)所述窄視場載荷的信號方向掃描。

更進一步地，由所述窄視場載荷的視場半錐角確定所述阿基米德螺旋線的極徑與極角比例，并以恒定線速率對所述極角進行計算，保證所述窄視場載荷的視場對掃描區(qū)域全覆蓋。

在符合本領域常識的基礎上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實例。