本發(fā)明屬于衛(wèi)星姿態(tài)控制領(lǐng)域，涉及一種衛(wèi)星自旋姿態(tài)的確定方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)衛(wèi)星在軌期間，由于異常導(dǎo)致星體角速度過大時，為了保證衛(wèi)星系統(tǒng)的安全性，需要及時了解衛(wèi)星能源狀態(tài)；同時，為了保障系統(tǒng)能源安全性而及時采取有效措施，均需要獲取衛(wèi)星自旋軸與太陽矢量的方位信息。

現(xiàn)有的方法主要依靠陀螺對衛(wèi)星的角速度進行測量，進而采取噴氣等措施對衛(wèi)星進行消旋，但陀螺的量程有限，在衛(wèi)星大角速度情況下，陀螺會發(fā)生飽和，從而導(dǎo)致無法獲取衛(wèi)星的角速度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于太陽矢量信息的衛(wèi)星自旋姿態(tài)確定方法，利用太陽矢量在星體系下的位置變化，求解出星體的自旋軸及角速度大小，解決了現(xiàn)有技術(shù)中當(dāng)衛(wèi)星在軌異常導(dǎo)致角速度過大引起陀螺飽和無法獲取衛(wèi)星自旋信息的問題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種基于太陽矢量信息的衛(wèi)星自旋姿態(tài)確定方法，包括：

(1)利用太陽敏感器測量得到在星體坐標(biāo)系下描述的太陽矢量S_b，并記在一個時間序列上測量得到的太陽矢量序列為S_bk，k＝1、2、3、……、N，N為正整數(shù)；

(2)在S_bk中，針對K取滿足n>m、p>1的正整數(shù)m、n、p，并相應(yīng)提取太陽矢量測量值序列中的四個值S_bm、S_bm+p、S_bn、S_bn+p，計算得到星體自旋軸及自旋角速度大小|ω|：

ΔS_bmp＝S_bm+p-S_bm、ΔS_bnp＝S_bn+p-S_bn

其中Δt為太陽矢量序列中先后兩個測量值之間的時間間隔。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明方法完全基于太陽矢量信息而提出，避免了現(xiàn)有技術(shù)中由于大角速度陀螺飽和而無法獲知衛(wèi)星角速度信息的問題，并且可以推廣到無陀螺情況下來確定衛(wèi)星角速度；

(2)本發(fā)明方法給出了根據(jù)太陽敏感器的測量精度來選取測量值計算衛(wèi)星角速度的策略，可以在衛(wèi)星消旋控制過程中，特別是在衛(wèi)星角速度較小的情況下依然能夠保持計算精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法的流程框圖；

圖2為本發(fā)明實施例中自旋軸在星體系下的位置示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例中的自旋角速度的大小示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種基于太陽矢量信息的衛(wèi)星自旋姿態(tài)確定方法，包括如下步驟：

S1，利用太陽敏感器測量得到在星體坐標(biāo)系(通常星體坐標(biāo)系定義為：原點在衛(wèi)星質(zhì)心，對接環(huán)方向為-X方向，帆板方向為Y方向，Z方向符合右手定則)下描述的太陽矢量S_b，在一個時間序列上測量得到太陽矢量序列S_bk，k＝1、2、3、……、N，N為正整數(shù)。不失一般性，假設(shè)測量序列的時間間隔等長，為Δt；

S2，在S_bk中，任取連續(xù)的三個太陽矢量測量值，即可計算星體自旋軸方向在星體坐標(biāo)系下的單位方向矢量及自旋角速度大小|ω|，計算方法如下：

假設(shè)連續(xù)觀測時刻T1、T1+Δt、T1+2*Δt對應(yīng)的三個太陽矢量測量值為S_bT1、S_bT2、S_bT3，則：

ΔS_b21＝S_bT2-S_bT1、ΔS_b32＝S_bT3-S_bT2 (1)

上述三個公式的原理來自于：繞空間一個固定軸旋轉(zhuǎn)的單位方向矢量，其旋轉(zhuǎn)軸方向及旋轉(zhuǎn)角速度，可以由該單位方向矢量變化量及變化率計算得到。在本發(fā)明中，太陽矢量短時間內(nèi)在慣性空間是固定的，太陽矢量的變化量是由衛(wèi)星的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的，因此可以通過計算太陽矢量的變化量得到衛(wèi)星的旋轉(zhuǎn)軸及旋轉(zhuǎn)角速度。其中公式(1)計算得到太陽矢量的變化量，公式(2)根據(jù)太陽矢量的變化量計算衛(wèi)星的自旋軸，公式(3)根據(jù)太陽矢量的變化率計算衛(wèi)星的自旋角速度大小。

S3，當(dāng)星體自旋角速度在消旋過程中會逐漸降低，造成在兩次采樣間太陽矢量在星體坐標(biāo)系下的變化也越來越小，由于受到太陽敏感器測量精度影響，由連續(xù)兩次間隔的數(shù)據(jù)進行自旋軸確定將會使得確定誤差變得越來越大。

為了克服太陽敏感器對確定精度的影響，根據(jù)太陽敏感器測量誤差對確定精度的影響分析與測量的精度需求，需要根據(jù)自旋角速度大小來調(diào)整數(shù)據(jù)間隔，策略如下：

取正整數(shù)m、n、p，滿足n>m、p>1，則取太陽矢量測量值序列中的四個值S_bm、S_bm+p、S_bn、S_bn+p，計算公式如下：

ΔS_bmp＝S_bm+p-S_bm、ΔS_bnp＝S_bn+p-S_bn (4)

上述三個公式的原理與公式(1)～(3)相同，不同之處在于對太陽矢量的變化量計算上。在衛(wèi)星自旋角速度較大時，單位時間內(nèi)太陽矢量變化量大，可以用公式(1)計算，當(dāng)衛(wèi)星自旋角速度較小時，單位時間內(nèi)太陽矢量變化量較小，則太陽敏感器的測量噪聲對于結(jié)果的影響較大，為了獲取較大的太陽矢量變化量，需要拉長兩次測量的時間間隔，這也就是公式(4)與公式(1)的區(qū)別。

實施例

以某在軌衛(wèi)星為例，星體角速度過大導(dǎo)致所有的陀螺全部飽和，無法用于判斷衛(wèi)星自旋狀態(tài)。該衛(wèi)星配置兩個太陽敏感器，在此情況下存在有效的測量值，如下表：

根據(jù)上表利用本發(fā)明方法進行計算。

首先，在每個采樣時刻可以獲取太陽矢量，如在星時100483763、100483765、100483767，分別可以計算得到太陽矢量為：

其次，利用公式(1)～(3)，可以得到衛(wèi)星自旋軸單位方向矢量和自旋角速度為：

|ω|＝384.8315°/s

最后，對表格中的數(shù)據(jù)做上述計算，即可得到衛(wèi)星自旋軸和自旋角速度的計算結(jié)果數(shù)列，最后得到的星體自旋姿態(tài)信息如圖2和圖3所示。

本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。