本發(fā)明屬于衛(wèi)星控制系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及一種衛(wèi)星大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換方法。

背景技術(shù)：

1、衛(wèi)星在執(zhí)行對(duì)地面或者空中目標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤時(shí)，首先需要從當(dāng)前位置姿態(tài)機(jī)動(dòng)到目標(biāo)位置，之后根據(jù)目標(biāo)特性進(jìn)行導(dǎo)引跟蹤，跟蹤任務(wù)完成后再姿態(tài)機(jī)動(dòng)返回至初始位置。從當(dāng)前位置到目標(biāo)位置通常有時(shí)間限制，因此機(jī)動(dòng)角速度較大，可達(dá)到2°/s以上；在導(dǎo)引跟蹤過(guò)程中，根據(jù)目標(biāo)與衛(wèi)星距離的不同，相應(yīng)的導(dǎo)引角速度跨度較大，常規(guī)低軌衛(wèi)星對(duì)地面或者近地目標(biāo)的最大導(dǎo)引速度為0.4°/s～1.1°/s左右。目前星上常用的姿態(tài)敏感器為星敏感器，測(cè)量精度高，但作為光學(xué)敏感器，在太陽(yáng)光或者地氣光進(jìn)入視場(chǎng)后會(huì)數(shù)據(jù)無(wú)效，此外星體角速度較大時(shí)，無(wú)法很好的進(jìn)行星圖成像與提取星點(diǎn)，因此在姿態(tài)機(jī)動(dòng)過(guò)程中通常不使用星敏感器。相對(duì)而言，陀螺作為慣性敏感器，無(wú)光學(xué)器件不受視場(chǎng)影響，角速度測(cè)量范圍可達(dá)到50°/s，因此以往衛(wèi)星通常在動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤的全過(guò)程使用陀螺積分。由于全程使用陀螺積分，姿態(tài)基準(zhǔn)未發(fā)生切換所以保證了姿態(tài)的平穩(wěn)，但陀螺積分受常值漂移以及非線性的影響，在大角度姿態(tài)機(jī)動(dòng)以及導(dǎo)引跟蹤時(shí)累積誤差越來(lái)越大，最終會(huì)導(dǎo)致指向精度變差，目標(biāo)跟蹤存在偏差甚至跟丟。

2、隨著對(duì)導(dǎo)引跟蹤過(guò)程指向精度要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的全程使用陀螺積分的方法已不能滿足高精度指向的業(yè)務(wù)需求。有些衛(wèi)星是在姿態(tài)機(jī)動(dòng)到位后星敏感器有效時(shí)給陀螺積分賦一次初值，該方法可消除姿態(tài)機(jī)動(dòng)過(guò)程中累積的誤差，但后續(xù)導(dǎo)引跟蹤過(guò)程仍會(huì)繼續(xù)從零開始累積，導(dǎo)引角速度較大或者導(dǎo)引時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，累積誤差仍然較大。也有些衛(wèi)星是在姿態(tài)機(jī)動(dòng)到位后星敏感器有效時(shí)接入星敏感器，這種做法存在星敏感器可能由于星體角速度較大而反復(fù)在有效和無(wú)效間變化，從而使得姿態(tài)基準(zhǔn)反復(fù)切換導(dǎo)致衛(wèi)星抖動(dòng)無(wú)法有效跟蹤的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種衛(wèi)星大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換方法，通過(guò)提前接入星敏感器姿態(tài)、延時(shí)接入星敏感器和陀螺聯(lián)合濾波姿態(tài)、星體角速度超出星敏感器正常工作閾值后切除星敏感器姿態(tài)作為姿態(tài)基準(zhǔn)等方法，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星在大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換。

2、本發(fā)明解決技術(shù)的方案是：

3、一種衛(wèi)星大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換方法，包括：

4、步驟一、將大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤全過(guò)程劃分為4個(gè)控制階段，依次為姿態(tài)機(jī)動(dòng)階段、姿態(tài)保持階段、導(dǎo)引跟蹤階段、姿態(tài)返回階段；

5、步驟二、當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入姿態(tài)機(jī)動(dòng)階段時(shí)，姿態(tài)基準(zhǔn)為準(zhǔn)則1；準(zhǔn)則1為以陀螺積分為姿態(tài)基準(zhǔn)；

6、步驟三、進(jìn)入姿態(tài)保持階段后，姿態(tài)基準(zhǔn)切換至準(zhǔn)則2；準(zhǔn)則2為使用陀螺積分、單星敏感器姿態(tài)或雙星敏感器聯(lián)合定姿作為姿態(tài)基準(zhǔn)；

7、步驟四、進(jìn)入導(dǎo)引跟蹤階段后，姿態(tài)基準(zhǔn)切換至準(zhǔn)則3；準(zhǔn)則3為使用陀螺積分、單星敏感器姿態(tài)或雙星敏感器聯(lián)合定姿作為姿態(tài)基準(zhǔn)；

8、步驟五、進(jìn)入姿態(tài)返回階段，姿態(tài)返回階段的姿態(tài)基準(zhǔn)為準(zhǔn)則1。

9、在上述的一種衛(wèi)星大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換方法，所述步驟一中，姿態(tài)機(jī)動(dòng)前，星敏感器給陀螺積分持續(xù)賦初值，并完成陀螺安裝矩陣和標(biāo)度因子修正。

10、在上述的一種衛(wèi)星大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換方法，所述步驟二中，姿態(tài)機(jī)動(dòng)階段時(shí)機(jī)動(dòng)角速度較大，以陀螺積分為姿態(tài)基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)避免星敏感器在機(jī)動(dòng)過(guò)程中無(wú)效導(dǎo)致姿態(tài)基準(zhǔn)來(lái)回切換。

11、在上述的一種衛(wèi)星大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換方法，所述步驟三中，進(jìn)入姿態(tài)保持階段，星體角速度趨于穩(wěn)定，準(zhǔn)則2的具體內(nèi)容為：

12、判斷有效星敏感器的個(gè)數(shù)；

13、當(dāng)有效星敏感器的個(gè)數(shù)為0時(shí)，繼續(xù)使用陀螺積分為姿態(tài)基準(zhǔn)；

14、當(dāng)有效星敏感器的個(gè)數(shù)為1時(shí)，以單星敏感器姿態(tài)為姿態(tài)基準(zhǔn)；

15、當(dāng)有效星敏感器的個(gè)數(shù)不小于2時(shí)，以雙星敏感器聯(lián)合定姿作為姿態(tài)基準(zhǔn)。

16、在上述的一種衛(wèi)星大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換方法，當(dāng)以單星敏感器姿態(tài)為姿態(tài)基準(zhǔn)時(shí)，同時(shí)星敏感器和陀螺聯(lián)合定姿開始起算，聯(lián)合定姿滿1min后，以星敏感器和陀螺聯(lián)合定姿為姿態(tài)基準(zhǔn)。

17、在上述的一種衛(wèi)星大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換方法，通過(guò)以星敏感器已作為姿態(tài)基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)修復(fù)姿態(tài)機(jī)動(dòng)過(guò)程中陀螺積分引起的姿態(tài)偏差；同時(shí)該階段還未開始執(zhí)行導(dǎo)引跟蹤任務(wù)，因此陀螺積分切換至星敏感器姿態(tài)過(guò)程中引起的姿態(tài)抖動(dòng)不會(huì)影響業(yè)務(wù)平穩(wěn)運(yùn)行。

18、在上述的一種衛(wèi)星大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換方法，所述步驟四中，準(zhǔn)則3的具體內(nèi)容為：

19、判斷星體角速度是否超出星敏感器正常工作閾值；

20、當(dāng)超出正常工作閾值時(shí)，切換至以陀螺積分為姿態(tài)基準(zhǔn)；

21、當(dāng)未超出正常工作閾值時(shí)，與步驟三中姿態(tài)基準(zhǔn)流程一致。

22、在上述的一種衛(wèi)星大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換方法，當(dāng)因星體角速度超出星敏感器正常工作閾值而將姿態(tài)基準(zhǔn)切換至陀螺積分后，在后續(xù)流程中姿態(tài)基準(zhǔn)不再切換，始終為陀螺積分，避免在導(dǎo)引跟蹤過(guò)程中姿態(tài)基準(zhǔn)反復(fù)切換影響業(yè)務(wù)運(yùn)行。

23、在上述的一種衛(wèi)星大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換方法，所述星敏感器的正常工作閾值與星敏感器的單機(jī)特性有關(guān)。

24、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

25、(1)本發(fā)明通過(guò)對(duì)機(jī)動(dòng)跟蹤全流程進(jìn)行合適的控制階段劃分，提前接入星敏感器、延時(shí)接入星敏感器和陀螺聯(lián)合濾波姿態(tài)等方法，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星在大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)既能夠快速且高精度指向目標(biāo)又可以在不同控制階段姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換的需求；

26、(2)本發(fā)明在姿態(tài)機(jī)動(dòng)階段的姿態(tài)基準(zhǔn)為準(zhǔn)則1，即以陀螺積分為姿態(tài)基準(zhǔn)，此時(shí)機(jī)動(dòng)角速度較大，以陀螺積分為姿態(tài)基準(zhǔn)可避免星敏感器在機(jī)動(dòng)過(guò)程中無(wú)效導(dǎo)致姿態(tài)基準(zhǔn)來(lái)回切換；

27、(3)本發(fā)明在進(jìn)入姿態(tài)保持階段后，由于星敏感器已作為姿態(tài)基準(zhǔn)，可修復(fù)姿態(tài)機(jī)動(dòng)過(guò)程中陀螺積分引起的姿態(tài)偏差，同時(shí)該階段還未開始執(zhí)行導(dǎo)引跟蹤任務(wù)，因此陀螺積分切換至星敏感器姿態(tài)過(guò)程中引起的姿態(tài)抖動(dòng)不會(huì)影響業(yè)務(wù)平穩(wěn)運(yùn)行；

28、(4)本發(fā)明在進(jìn)入導(dǎo)引跟蹤階段時(shí)，因星體角速度超出星敏感器正常工作閾值而將姿態(tài)基準(zhǔn)切換至陀螺積分，則在后續(xù)流程中姿態(tài)基準(zhǔn)不再切換，始終為陀螺積分，避免在導(dǎo)引跟蹤過(guò)程中姿態(tài)基準(zhǔn)反復(fù)切換影響業(yè)務(wù)運(yùn)行。

技術(shù)特征：

1.一種衛(wèi)星大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換方法，其特征在于：包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種衛(wèi)星大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換方法，其特征在于：所述步驟一中，姿態(tài)機(jī)動(dòng)前，星敏感器給陀螺積分持續(xù)賦初值，并完成陀螺安裝矩陣和標(biāo)度因子修正。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種衛(wèi)星大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換方法，其特征在于：所述步驟二中，姿態(tài)機(jī)動(dòng)階段時(shí)機(jī)動(dòng)角速度較大，以陀螺積分為姿態(tài)基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)避免星敏感器在機(jī)動(dòng)過(guò)程中無(wú)效導(dǎo)致姿態(tài)基準(zhǔn)來(lái)回切換。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種衛(wèi)星大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換方法，其特征在于：所述步驟三中，進(jìn)入姿態(tài)保持階段，星體角速度趨于穩(wěn)定，準(zhǔn)則2的具體內(nèi)容為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種衛(wèi)星大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換方法，其特征在于：當(dāng)以單星敏感器姿態(tài)為姿態(tài)基準(zhǔn)時(shí)，同時(shí)星敏感器和陀螺聯(lián)合定姿開始起算，聯(lián)合定姿滿1min后，以星敏感器和陀螺聯(lián)合定姿為姿態(tài)基準(zhǔn)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種衛(wèi)星大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換方法，其特征在于：通過(guò)以星敏感器已作為姿態(tài)基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)修復(fù)姿態(tài)機(jī)動(dòng)過(guò)程中陀螺積分引起的姿態(tài)偏差。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種衛(wèi)星大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換方法，其特征在于：姿態(tài)保持階段還未開始執(zhí)行導(dǎo)引跟蹤任務(wù)，陀螺積分切換至星敏感器姿態(tài)過(guò)程中引起的姿態(tài)抖動(dòng)不會(huì)影響業(yè)務(wù)平穩(wěn)運(yùn)行。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種衛(wèi)星大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換方法，其特征在于：所述步驟四中，準(zhǔn)則3的具體內(nèi)容為：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種衛(wèi)星大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換方法，其特征在于：當(dāng)因星體角速度超出星敏感器正常工作閾值而將姿態(tài)基準(zhǔn)切換至陀螺積分后，在后續(xù)流程中姿態(tài)基準(zhǔn)不再切換，始終為陀螺積分，避免在導(dǎo)引跟蹤過(guò)程中姿態(tài)基準(zhǔn)反復(fù)切換影響業(yè)務(wù)運(yùn)行。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種衛(wèi)星大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換方法，其特征在于：所述星敏感器的正常工作閾值與星敏感器的單機(jī)特性有關(guān)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換方法，屬于衛(wèi)星控制系統(tǒng)領(lǐng)域；步驟一、將大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤全過(guò)程劃分為4個(gè)控制階段，依次為姿態(tài)機(jī)動(dòng)階段、姿態(tài)保持階段、導(dǎo)引跟蹤階段、姿態(tài)返回階段；步驟二、當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入姿態(tài)機(jī)動(dòng)階段時(shí)，姿態(tài)基準(zhǔn)為準(zhǔn)則1；步驟三、進(jìn)入姿態(tài)保持階段后，姿態(tài)基準(zhǔn)切換至準(zhǔn)則2；步驟四、進(jìn)入導(dǎo)引跟蹤階段后，姿態(tài)基準(zhǔn)切換至準(zhǔn)則3；步驟五、進(jìn)入姿態(tài)返回階段，姿態(tài)返回階段的姿態(tài)基準(zhǔn)為準(zhǔn)則1；本發(fā)明通過(guò)提前接入星敏感器姿態(tài)、延時(shí)接入星敏感器和陀螺聯(lián)合濾波姿態(tài)、星體角速度超出星敏感器正常工作閾值后切除星敏感器姿態(tài)作為姿態(tài)基準(zhǔn)等方法，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星在大動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)跟蹤時(shí)姿態(tài)基準(zhǔn)平穩(wěn)切換。

技術(shù)研發(fā)人員：李利亮,徐鵬,陸丹萍,王辰悅,彭瑞,徐梓堯,李圣文,張子龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海航天控制技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6