本發(fā)明涉及航天器領(lǐng)域，具體涉及一種天基望遠(yuǎn)鏡高精度姿態(tài)確定與控制方法。

背景技術(shù)：

系外行星作為典型探測對(duì)象，承載著發(fā)現(xiàn)宜居星球及系外生命的重要意義，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)與重點(diǎn)。發(fā)展精細(xì)光譜測量技術(shù)，建設(shè)大型空間望遠(yuǎn)鏡，研究系外行星大氣，精細(xì)刻畫系外行星物理和化學(xué)特性，以更高的精度、更大的深度、更強(qiáng)的力度持續(xù)開展系外類地行星的發(fā)現(xiàn)與探索。

然而，系外行星探測對(duì)天基望遠(yuǎn)鏡的精度、穩(wěn)定度提出了更高的要求，目前傳統(tǒng)控制方法無法滿足現(xiàn)有空間科學(xué)探測需求。為此，亟需開展天基望遠(yuǎn)鏡高精度姿態(tài)確定與控制方法研究。本發(fā)明涉及一種運(yùn)用載荷圖像及磁浮隔振技術(shù)的天基望遠(yuǎn)鏡高精度姿態(tài)確定與控制方法，可滿足未來空間探測任務(wù)需求，為空間科學(xué)衛(wèi)星高精度姿態(tài)確定與控制提供了良好的技術(shù)手段。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決天基望遠(yuǎn)鏡高精度姿態(tài)確定與控制問題，本發(fā)明的目的在于提供一種運(yùn)用載荷圖像及磁浮隔振技術(shù)的天基望遠(yuǎn)鏡高精度姿態(tài)確定與控制方法，利用本發(fā)明，可滿足未來空間探測任務(wù)需求。

本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案：

一種天基望遠(yuǎn)鏡高精度姿態(tài)確定與控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、引入望遠(yuǎn)鏡恒星測光數(shù)據(jù)，聯(lián)合高精度星敏感器，結(jié)合陀螺測量的速度信息，達(dá)到亞角秒級(jí)的姿態(tài)確定精度，實(shí)現(xiàn)天基望遠(yuǎn)鏡的高精度姿態(tài)測量；

S2、姿態(tài)測量數(shù)據(jù)傳遞給估計(jì)器，采用擴(kuò)展卡爾曼等濾波算法實(shí)現(xiàn)天基望遠(yuǎn)鏡姿態(tài)的高精度估計(jì)；

S3、控制器處理來自望遠(yuǎn)鏡測光數(shù)據(jù)、星敏感器和陀螺的姿態(tài)測量信息以及衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)進(jìn)行姿態(tài)確定，按一定的控制律形成控制指令發(fā)送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使其產(chǎn)生所需的控制力矩以消除姿態(tài)誤差；

S4、采用磁浮機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)天基望遠(yuǎn)鏡平臺(tái)與載荷的隔離，利用磁浮實(shí)現(xiàn)動(dòng)靜隔離，從根本上切斷傳遞路徑，實(shí)現(xiàn)天基望遠(yuǎn)鏡的高精度姿態(tài)控制；

S5、天基望遠(yuǎn)鏡在控制力矩和環(huán)境力矩的共同作用下，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)高精度姿態(tài)確定與控制。

優(yōu)選地，運(yùn)用載荷圖像，利用望遠(yuǎn)鏡恒星測光數(shù)據(jù)，聯(lián)合星敏感器測量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)天基望遠(yuǎn)鏡的高精度姿態(tài)測量。

優(yōu)選地，陀螺和星敏感器構(gòu)成姿態(tài)敏感器。

優(yōu)選地，采用磁浮機(jī)構(gòu)作為天基望遠(yuǎn)鏡執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從物理上直接隔離高頻微振動(dòng)，徹底消除平臺(tái)產(chǎn)生的微振動(dòng)對(duì)載荷精度、穩(wěn)定度的影響。

優(yōu)選地，不同于傳統(tǒng)飛輪、推力器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，磁浮機(jī)構(gòu)是基于勻強(qiáng)磁場設(shè)計(jì)的直線電機(jī)，具有推力均勻、動(dòng)作速度快，控制精度高的優(yōu)點(diǎn)。

優(yōu)選地，天基望遠(yuǎn)鏡采用動(dòng)靜隔離非接觸、主動(dòng)協(xié)同高精度的雙超平臺(tái)技術(shù)，載荷與平臺(tái)之間通過磁浮機(jī)構(gòu)連接，從而完全隔離平臺(tái)微振動(dòng)對(duì)載荷圖像的影響。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明提供了一種運(yùn)用載荷圖像及磁浮隔振技術(shù)的天基望遠(yuǎn)鏡高精度姿態(tài)確定與控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)天基望遠(yuǎn)鏡的高精度姿態(tài)確定與控制，從而提高天基望遠(yuǎn)鏡的成像質(zhì)量，可滿足未來空間探測任務(wù)需求，具有工程應(yīng)用價(jià)值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一種天基望遠(yuǎn)鏡高精度姿態(tài)確定與控制方法的方法框圖。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明：本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種天基望遠(yuǎn)鏡高精度姿態(tài)確定與控制方法，包括如下步驟：

S1、引入望遠(yuǎn)鏡恒星測光數(shù)據(jù)，聯(lián)合高精度星敏感器，結(jié)合陀螺測量的速度信息，達(dá)到亞角秒級(jí)的姿態(tài)確定精度，實(shí)現(xiàn)天基望遠(yuǎn)鏡的高精度姿態(tài)測量；

S2、姿態(tài)測量數(shù)據(jù)傳遞給估計(jì)器，采用擴(kuò)展卡爾曼等濾波算法實(shí)現(xiàn)天基望遠(yuǎn)鏡姿態(tài)的高精度估計(jì)；

S3、控制器處理來自望遠(yuǎn)鏡測光數(shù)據(jù)、星敏感器和陀螺的姿態(tài)測量信息以及衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)進(jìn)行姿態(tài)確定，按一定的控制律形成控制指令發(fā)送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使其產(chǎn)生所需的控制力矩以消除姿態(tài)誤差；

S4、采用磁浮機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)天基望遠(yuǎn)鏡平臺(tái)與載荷的隔離，利用磁浮實(shí)現(xiàn)動(dòng)靜隔離，從根本上切斷傳遞路徑，實(shí)現(xiàn)天基望遠(yuǎn)鏡的高精度姿態(tài)控制；

S5、天基望遠(yuǎn)鏡在控制力矩和環(huán)境力矩的共同作用下，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)高精度姿態(tài)確定與控制。

運(yùn)用載荷圖像，利用望遠(yuǎn)鏡恒星測光數(shù)據(jù)，聯(lián)合星敏感器測量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)天基望遠(yuǎn)鏡的高精度姿態(tài)測量。

陀螺和星敏感器構(gòu)成姿態(tài)敏感器。

采用磁浮機(jī)構(gòu)作為天基望遠(yuǎn)鏡執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從物理上直接隔離高頻微振動(dòng)，徹底消除平臺(tái)產(chǎn)生的微振動(dòng)對(duì)載荷精度、穩(wěn)定度的影響。

不同于傳統(tǒng)飛輪、推力器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，磁浮機(jī)構(gòu)是基于勻強(qiáng)磁場設(shè)計(jì)的直線電機(jī)，具有推力均勻、動(dòng)作速度快，控制精度高的優(yōu)點(diǎn)。

天基望遠(yuǎn)鏡采用動(dòng)靜隔離非接觸、主動(dòng)協(xié)同高精度的雙超平臺(tái)技術(shù)，載荷與平臺(tái)之間通過磁浮機(jī)構(gòu)連接，從而完全隔離平臺(tái)微振動(dòng)對(duì)載荷圖像的影響。

本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實(shí)施例并沒有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實(shí)施方式。顯然，根據(jù)本說明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。