本發(fā)明屬于航天器制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制領(lǐng)域，涉及一種衛(wèi)星偏航自主規(guī)劃的控制方法。

背景技術(shù)：

1、遙感衛(wèi)星相機一般要求太陽光線不能直接或者間接射入相機鏡面上，從結(jié)構(gòu)上，衛(wèi)星設(shè)計了遮光罩遮擋太陽光線。高軌遙感衛(wèi)星運行軌道決定太陽和衛(wèi)星的位置會隨著太陽公轉(zhuǎn)和地球自轉(zhuǎn)變化，為了實現(xiàn)遮光罩實時可以遮擋太陽光線，故衛(wèi)星的姿態(tài)也需隨著變化。

2、現(xiàn)有的高軌遙感衛(wèi)星都在地方時0:00～12:00正飛(偏航角為0°)，當?shù)貢r間12:00前后進行偏航姿態(tài)機動180°，在地方時12:00～24:00進行倒飛(偏航角180°)。由于現(xiàn)有的遙感衛(wèi)星整星功耗并不大，當前的遙感衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計足夠滿足現(xiàn)有的衛(wèi)星散熱條件，故現(xiàn)有技術(shù)不考慮太陽光在衛(wèi)星散熱面上的熱流量。

3、通遙衛(wèi)星既有遙感載荷，又有通信載荷，而通信載荷功耗大，因此整星總體功耗相對傳統(tǒng)遙感衛(wèi)星大大提高。但衛(wèi)星結(jié)構(gòu)依舊采用傳統(tǒng)遙感衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計，小于傳統(tǒng)通信衛(wèi)星的散熱面，故整星對衛(wèi)星散熱提出了更高的要求。因此在該狀況下需要一種方法可以提高衛(wèi)星的散熱或降低散熱面的熱量累積。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于偏航角晨昏值優(yōu)化計算的自主偏航規(guī)劃方法，通過該方法可計算出衛(wèi)星轉(zhuǎn)動的偏航角晨值和昏值，通過控制衛(wèi)星在地方時0:00～12:00控制偏航角保持在晨值，在地方時12:00～24:00控制偏航角保持在昏值，解決了衛(wèi)星散熱問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于偏航角晨昏值優(yōu)化計算的自主偏航規(guī)劃方法，包括：

3、定義偏航角晨值和昏值；

4、根據(jù)整星散熱面太陽照射投影累積量最小需求，即太陽單位矢量在南北板上的投影積分值最小，建立軌道周期衛(wèi)星散熱面太陽投影積分模型；

5、根據(jù)偏航角晨值和昏值，對建立的軌道周期衛(wèi)星散熱面太陽投影積分模型進行拆分，得到基于晨值的熱流積分模型a和基于昏值的熱流積分模型b；

6、計算基于晨值的熱流積分模型a和基于昏值的熱流積分模型b中固定偏航角晨值ψ`morning和昏值ψ`evening；

7、根據(jù)得到的固定偏航角晨值ψ`morning和昏值ψ`evening，確定自主偏航規(guī)劃方法。

8、所述定義偏航角晨值ψmorning和昏值ψevening，包括：

9、衛(wèi)星每軌道周期保持固定偏航角不動，固定偏航角設(shè)置兩個參考值，即：

10、晨值ψmorning：衛(wèi)星在地方時0:00～12:00規(guī)劃的偏航角度，范圍0°～90°；

11、昏值ψevening：衛(wèi)星在地方時12:00～24:00規(guī)劃的偏航角度，范圍90°～180°。

12、所述建立軌道周期衛(wèi)星散熱面太陽投影積分模型具體為：

13、

14、式中，j表示一個軌道周期衛(wèi)星散熱面太陽投影積分，βs為太陽矢量與衛(wèi)星本體xoz面夾角，sx、sy、sz為東南系下太陽矢量，rz(ψ*)、ry(θ)分別為基于ψ*、θ旋轉(zhuǎn)的方向余弦矩陣，ψ*、θ分別表示基于東南系312轉(zhuǎn)序的偏航角、俯仰角、滾動角；模型中minj表示通過合理選取ψ*、θ三個值使得一個軌道周期衛(wèi)星散熱面太陽投影積分最小。

15、所述基于晨值的熱流積分模型a表示通過選取ψ*、θ三個值使衛(wèi)星在地方時0:00至12:00累計得到min?j；即：

16、

17、基于昏值的熱流積分模型b表示通過選取ψ*、θ三個值使衛(wèi)星在地方時12:00至24:00累計得到min?j；即：

18、

19、所述東南系下太陽矢量sx、sy、sz具體為：

20、sx＝cosδs?sinα

21、sy＝-sinδs?cosδρ-cosδs?cosαsinδρ

22、sz＝-sinδs?sinδρ+cosδs?cosαcosδρ

23、其中δs為太陽赤緯，α為衛(wèi)星當前地方時角，δρ衛(wèi)星星下點位置緯度漂移量。

24、所述rz(ψ*)，ry(θ)的計算方法如下：

25、建立θ和ψ*的關(guān)系模型；

26、

27、θ＝arcsin(tx?cosψ+ty?sinψ)

28、ψ＝ψ*

29、其中(tx,ty,tz)為東南系下單位目標指向矢量；根據(jù)θ和ψ*可得到rz(ψ*)，ry(θ)。

30、所述東南系下單位目標指向矢量(tx,ty,tz)的計算過程具體為：

31、

32、

33、其中，(px,py,pz)為東南系下目標位置矢量，(a,b)為目標經(jīng)度、緯度，λ0為衛(wèi)星定點經(jīng)度，re為地球半徑，rs為同步軌道半徑，為緯度漂移。

34、所述計算基于晨值的熱流積分模型a和基于昏值的熱流積分模型b中固定偏航角晨值ψ`morning和昏值ψ`evening，包括：

35、給定初始偏航角晨值ψmn，確定所對應(yīng)的參數(shù)kn；所述參數(shù)kn包括衛(wèi)星東南系下單位目標指向矢量、太陽位置矢量、三軸姿態(tài)角度；根據(jù)基于晨值的熱流積分模型a計算得到熱流jn；所述n＝1.2…n；其中n為從地方時0:00至12:00均勻間隔等分數(shù)；在jn中找出min?j；由于min?j在偏航角晨值0°到90°內(nèi)僅有1個極小值點，則min?j所對應(yīng)的ψmn作為迭代得到的最優(yōu)偏航角晨值ψ`morning；

36、給定初始偏航角昏值ψen，確定所對應(yīng)的參數(shù)k`n；所述參數(shù)k`n包括衛(wèi)星東南系下單位目標指向矢量、太陽位置矢量、三軸姿態(tài)角度；根據(jù)基于昏值的熱流積分模型b計算得到熱流j`n；所述n＝1.2…n；其中n為從地方時0:00至12:00均勻間隔等分數(shù)；在j`n中找出min?j`；由于min?j`在偏航角昏值90°到180°內(nèi)僅有1個極小值點，則min?j`所對應(yīng)的ψen作為迭代得到的最優(yōu)偏航角昏值ψ`evening。

37、根據(jù)得到的固定偏航角晨值ψ`morning和昏值ψ`evening，確定自主偏航規(guī)劃方法，包括：

38、衛(wèi)星在0:00～12:00控制偏航角保持晨值ψ`morning不動，在地方時12:00前后進行偏航姿態(tài)機動，偏航角從晨值ψ`morning機動到昏值ψ`evening，在地方時12:00～24:00衛(wèi)星控制偏航角保持昏值ψ`evening不動；在地方時00:00前后進行偏航姿態(tài)機動，偏航角從昏值ψ`evening機動到晨值ψ`morning。

39、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：現(xiàn)有的遙感衛(wèi)星偏航控制方法，在控制過程中只考慮太陽光不能直接或間接射入相機鏡面上，并未考慮衛(wèi)星的散熱問題。本發(fā)明針對通遙衛(wèi)星散熱問題和偏航規(guī)劃控制現(xiàn)狀，提出了一種基于偏航角晨昏值優(yōu)化計算的自主偏航規(guī)劃方法。該方法基于太陽累計最小優(yōu)化指標函數(shù)，通過算法優(yōu)化，遞推計算最優(yōu)偏航轉(zhuǎn)動角，從而實現(xiàn)通過每軌道周期偏航轉(zhuǎn)動控制實現(xiàn)衛(wèi)星散熱面熱流量累計最小，提高衛(wèi)星散熱條件。對該方法里用到的太陽矢量和目標矢量計算方法，涉及到復(fù)雜運算的環(huán)節(jié)采用近似表達式進行適當優(yōu)化，減少計算量，簡化流程。