視場方向可調(diào)的衛(wèi)星對地凝視姿態(tài)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種視場方向可調(diào)的衛(wèi)星對地凝視姿態(tài)控制方法，包括以下步驟：1)給定的衛(wèi)星軌道狀態(tài)、地面點空間坐標(biāo)、相機參數(shù)以及指定視場方向?qū)?yīng)的當(dāng)?shù)胤较蚴噶浚?)計算期望的凝視姿態(tài)四元數(shù)和角速度；3)計算誤差四元數(shù)與誤差角速度；4)設(shè)計飛輪控制律。通過本發(fā)明可實現(xiàn)視場方向可調(diào)衛(wèi)星對地凝視姿態(tài)控制，既保證圖像在相機視場中不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，又確保凝視成像過程中相機視場某一方向始終指向設(shè)計的當(dāng)?shù)胤较蚴噶?，便于進(jìn)行圖像觀察與分析。該方法算法簡單，運算量小，易于工程實現(xiàn)，具有較高的指向控制精度和較好的指向穩(wěn)定度。
【專利說明】
視場方向可調(diào)的衛(wèi)星對地凝視姿態(tài)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及航天航空領(lǐng)域的衛(wèi)星姿態(tài)控制領(lǐng)域，具體提供了 一種視場方向可調(diào)的 衛(wèi)星對地凝視姿態(tài)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 視頻小衛(wèi)星是一種新型對地觀測衛(wèi)星，與傳統(tǒng)的對地觀測衛(wèi)星相比，其最大的特 點是可以對某一區(qū)域進(jìn)行凝視成像，實現(xiàn)對該區(qū)域一段時間的連續(xù)觀測，具有重要的軍事 和民用價值。
[0003] 視頻小衛(wèi)星凝視成像是指衛(wèi)星通過快速姿態(tài)機動，使固連在星體上的相機光軸始 終指向期望觀測地面點，從而可以連續(xù)、實時地對地面景象進(jìn)行觀測和記錄，是近年來新興 的衛(wèi)星地球遙感技術(shù)。
[0004] 已有文獻(xiàn)的衛(wèi)星凝視姿態(tài)控制方法中設(shè)計凝視期望姿態(tài)時，多通過保證衛(wèi)星繞相 機光軸不發(fā)生旋轉(zhuǎn)的方式，實現(xiàn)固連在星體上的相機光軸始終指向期望觀測的地面點，從 而實現(xiàn)穩(wěn)定成像?，F(xiàn)有方法無法通過對視場方向與地理指向進(jìn)行控制使星上相機實現(xiàn)對地 穩(wěn)定成像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種視場方向可調(diào)的衛(wèi)星對地凝視姿 態(tài)控制方法。本發(fā)明針對衛(wèi)星對地面點凝視問題，給出了凝視過程中相機視場某一方向始 終指向設(shè)計的當(dāng)?shù)胤较蚴噶砍上竦哪暺谕藨B(tài)與角速度計算方法，建立其姿態(tài)運動的數(shù) 學(xué)模型；以此模型為受控對象，采用誤差四元數(shù)與誤差角速度作為反饋量，設(shè)計了飛輪控制 律。本發(fā)明所提出的凝視姿態(tài)控制器結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
[0006] 視場方向可調(diào)衛(wèi)星對地凝視姿態(tài)控制方法：首先由獲取衛(wèi)星軌道狀態(tài)、地面點空 間坐標(biāo)、相機參數(shù)以及指定視場方向?qū)?yīng)的當(dāng)?shù)胤较蚴噶?，計算期望的凝視姿態(tài)四元數(shù)和 角速度，進(jìn)而通過測定星體實際的姿態(tài)四元數(shù)與角速度，計算期望值與測定值之間的誤差 四元數(shù)與誤差角速度，最后通過誤差四元數(shù)與誤差角速度設(shè)計星上飛輪的控制律。采用該 控制律對衛(wèi)星姿態(tài)進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)了調(diào)整視場方向使衛(wèi)星能長時間穩(wěn)定的凝視地面目 標(biāo)。此處的可調(diào)是指視場方向可任意設(shè)計并保持。該方法能使通過該控制律控制后，衛(wèi)星姿 態(tài)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，相機的成像方向滿足設(shè)定地理指向約束的衛(wèi)星對地面點凝視姿態(tài)。
[0007] 參見圖2,視場方向可調(diào)衛(wèi)星對地凝視姿態(tài)控制方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟S1:獲取衛(wèi)星軌道狀態(tài)、地面點空間坐標(biāo)、相機參數(shù)，指定當(dāng)?shù)胤较蚴噶?br>[0009] 衛(wèi)星軌道狀態(tài)為Xs=[Rs，Vs]，地面點T的經(jīng)煒高坐標(biāo)為〇^，8^階），此為衛(wèi)星的地 心慣性系位置，Vs為衛(wèi)星的地心慣性系速度，Lt為地面點地理經(jīng)度，Bt為地面點地理煒度，Ht 為地面點高程。
[0010] 給定相機參數(shù)，成像模型如圖3所示。C為相機投影中心，〇。-^。2。為相機坐標(biāo)系， 〇P_x PyP為像平面坐標(biāo)系；相機投影中心在衛(wèi)星體坐標(biāo)下位置為忠，相機焦距為f，相機在星 上的安裝矩陣為eg。上述參數(shù)的確定按常用方法進(jìn)行。
[0011] 指定視場方向?qū)?yīng)的當(dāng)?shù)胤较蚴噶俊１景l(fā)明提出的可任意設(shè)計視場方向成像的原 理如圖4所示?？刂菩l(wèi)星凝視成像過程中，像平面^；在地面投影的指向在當(dāng)?shù)氐牡乩矸轿?角始終保持為設(shè)計的k值，即始終與指定的當(dāng)?shù)胤较蚴噶扛≈睾稀＝o出此時地面點P經(jīng)煒高 坐標(biāo)心及及穴地理方位角^勺定義為名過地面觀測點丁的地表切平面內(nèi)沿順時針方向與 當(dāng)?shù)卣狈较蛩傻慕?。從而能實現(xiàn)對地面點的長時間穩(wěn)定凝視。
[0012] 步驟S2:計算凝視期望四元數(shù)與期望角速度
[0013] 此處的凝視期望四元數(shù)與期望角速度可以按常規(guī)方法進(jìn)行計算。
[0014] 步驟S21:計算地面點在地心慣性系的位置
[0015 ]由地面點經(jīng)煒高坐標(biāo)(Lt，Bt，Ht )和(LP，Bp，HP)計算地面點T點和P點在地心慣性系 的位置Rt、Rp。
[0016] 步驟S22::按公式(1)計算星上相機的投影中心在地心慣性系的位置
[0017] Rc = Rs +C1b-R^. (1)
[0018] 其中，為衛(wèi)星體坐標(biāo)系到地心慣性系的轉(zhuǎn)換矩陣，可以由衛(wèi)星姿態(tài)敏感器測量 獲得的衛(wèi)星姿態(tài)計算得到。
[0019] 按公式⑵計算相機投影中心指向地面點T的矢量在慣性系中分量
[0021]按公式(3)計算相機投影中心指向地面點T的矢量在衛(wèi)星體坐標(biāo)系中分量
[0023]按公式(4)計算相機投影中心指向地面點P的矢量在慣性系中分量
[0025]按公式(5)計算相機投影中心指向地面點P的矢量在衛(wèi)星體坐標(biāo)系中分量
[0027]雙矢量定姿方法求慣性系到期望姿態(tài)的轉(zhuǎn)換矩陣，按公式(6)計算對地凝視期望 姿態(tài)下慣性系到衛(wèi)星體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣
[0029]此處雙矢量定姿方法求慣性系到期望姿態(tài)的轉(zhuǎn)換矩陣，按公式(7)計算凝視期望 四元數(shù)瓦
[0031]按公式(8)~（10)計算期望角速度
[0035] 其中，歹,+表示t+ = t+5/2時刻對應(yīng)的期望四元數(shù)，表示t- = t_5/2時刻對應(yīng)的期 望四元數(shù)，t為當(dāng)前時刻，S為一段時間。此處的S具體指一段較短的時間，例如0.01s~〇.5s。
[0036] 步驟S3:計算星體實際姿態(tài)四元數(shù)與期望四元數(shù)之間的誤差四元數(shù)，同時計算期 望角速度與星體實際姿態(tài)角速度之間的誤差角速度
[0037]按公式（11)計算誤差四元數(shù)
[0038] qe =q* 0q (11)
[0039] 其中，f為的共輒四元數(shù)，歹=[備ft % 為星體實際姿態(tài)四元數(shù)，€>表示 四元數(shù)乘法。其中$=[//,,> €e_i知為誤差四元數(shù)標(biāo)部，qe=[qei qe2 qe3]T為誤 差四元數(shù)矢量部分。
[0040] 按公式(12)計算誤差角速度
[0041 ] 〇e= 〇-〇* (12)
[0042]其中，co為星體實際角速度，由衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)獲得。
[0043]步驟S4:按公式（13)計算飛輪控制力矩
[0045] 其中，< 0: = A >'，4為誤差四元數(shù)控制系數(shù)，qei (i = 1，2，3)為誤差四元數(shù)的矢量 部分，以（/ =毛j,2)為角速度偏差系數(shù)，《ei(i = x，y，z)為誤差角速度。
[0046] 控制工程師在應(yīng)用過程中可以指定任意地面點，并將由該方法得到的控制量傳輸 至執(zhí)行機構(gòu)，輸出相應(yīng)的飛輪控制力矩控制衛(wèi)星姿態(tài)跟蹤凝視期望四元數(shù)與期望角速度， 實現(xiàn)凝視姿態(tài)控制功能。
[0047] 相對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果：
[0048] 1、本發(fā)明提供的視場方向可調(diào)衛(wèi)星對地凝視姿態(tài)控制方法，能確保相機視場的某 一方向始終指向設(shè)計的當(dāng)?shù)胤较蚴噶?，從而便于對通過衛(wèi)星獲取的圖像進(jìn)行圖像觀察與分 析。
[0049] 2、本發(fā)明提供的視場方向可調(diào)衛(wèi)星對地凝視姿態(tài)控制方法，簡單，運算量小，適用 于工程實際中。
[0050] 3、本發(fā)明提供的視場方向可調(diào)衛(wèi)星對地凝視姿態(tài)控制方法，具有較高的指向控制 精度和較好的指向穩(wěn)定度。
[0051 ]具體請參考根據(jù)本發(fā)明的視場方向可調(diào)的衛(wèi)星對地凝視姿態(tài)控制方法提出的各 種實施例的如下描述，將使得本發(fā)明的上述和其他方面顯而易見。
【附圖說明】
[0052]圖1為本發(fā)明視場方向可調(diào)衛(wèi)星對地凝視姿態(tài)控制器結(jié)構(gòu)框圖；
[0053]圖2為本發(fā)明提供視場方向可調(diào)衛(wèi)星對地凝視姿態(tài)控制方法流程示意圖；
[0054]圖3為本發(fā)明提供視場方向可調(diào)衛(wèi)星對地凝視姿態(tài)控制方法中所用相機的成像模 型；
[0055] 圖4為提供視場方向可調(diào)衛(wèi)星對地凝視姿態(tài)控制方法可任意設(shè)計視場方向成像原 理示意圖；
[0056] 圖5為本發(fā)明優(yōu)選實施例中指向偏差變化曲線示意圖；
[0057] 圖6為本發(fā)明優(yōu)選實施例中星體角速度變化曲線示意圖；
[0058]圖7為本發(fā)明優(yōu)選實施例中飛輪轉(zhuǎn)速變化曲線示意圖；
[0059] 圖8為本發(fā)明優(yōu)選實例中指定當(dāng)?shù)胤较蚴噶繛檎戏较驎r相機視場在地面的投影 示意圖；
[0060] 本文和圖中的符號說明：
[0061 ] 表示期望的衛(wèi)星凝視角速度分量，i = X，y，Z;
[0062] ?i表示衛(wèi)星實際角速度分量，i = x，y，z;
[0063] ?ei表示誤差角速度分量，i = x，y，z;
[0064] qri表示期望的衛(wèi)星姿態(tài)四元數(shù)矢部，i = x，y，z;
[0065] qi表示衛(wèi)星實際姿態(tài)四元數(shù)矢部，i = x，y，z;
[0066] qei表示誤差四元數(shù)矢部，i = x，y，z;
[0067] <表示角速度偏差系數(shù)，i = x，y，z;
[0068] 表示誤差四元數(shù)控制系數(shù)，i = x，y，z;
[0069 ] U表示飛輪控制力矩的分量，i = x，y，z;
[0070] Rs表示衛(wèi)星的地心慣性系位置；
[0071] Vs表示衛(wèi)星的地心慣性系速度；
[0072] Rt表示地面點的地心慣性系位置；
[0073] P表示從衛(wèi)星到地面點的位置矢量；
[0074] f表示相機焦距；
[0075] 〇c表示相機投影中心；
[0076] Xc表示相機坐標(biāo)系第一軸；
[0077] yc表示相機坐標(biāo)系第二軸；
[0078] Zc表示相機坐標(biāo)系第三軸；
[0079] oP表示像平面中心；
[0080] xP表示像平面坐標(biāo)系第一軸；
[0081 ] yP表示像平面坐標(biāo)系第二軸；
[0082] T表示待觀測地面點；
[0083] 0e表不地心；
[0084] coe表示地球自轉(zhuǎn)角速度；
[0085] k表示地理方位角；
[0086] P表示以T為中心方位角為k的當(dāng)?shù)貑挝环较蚴噶康亩它c；
[0087] N表示過地面點T的切平面的正北方向矢量；
[0088] 及纟表示相機投影中心在衛(wèi)星體坐標(biāo)下位置；
[0089] C〗表示相機在星上的安裝矩陣；
[0090] Rc表示相機投影中心在地心慣性系的位置；
[0091 ] C〗表示為衛(wèi)星體坐標(biāo)系到地心慣性系的轉(zhuǎn)換矩陣；
[0092] .表示相機投影中心指向地面點的矢量在慣性系中分量；
[0093] 只|r表示相機投影中心指向地面點的矢量在衛(wèi)星體坐標(biāo)系中分量；
[0094] Rp表示P在慣性空間的位置；
[0095] 表示相機投影中心到P點在慣性系中分量；
[0096] 表示相機投影中心到P點在衛(wèi)星體坐標(biāo)系中分量；
[0097] Cf慣性系到凝視期望姿態(tài)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣；
[0098] §：,表示凝視期望四元數(shù)；
[0099] 表示衛(wèi)星期望凝視角速度；
[0100] &表示誤差四元數(shù)；
[0101] 表示誤差角速度；
[0102] U表示飛輪控制力矩。
【具體實施方式】
[0103] 構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實 施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0104] 以下結(jié)合具體實例對本發(fā)明提供的視場方向可調(diào)衛(wèi)星對地凝視姿態(tài)控制方法進(jìn) 行詳細(xì)說明。其具體步驟如下：
[0105] 步驟S1:確定初始衛(wèi)星軌道狀態(tài)和地面點坐標(biāo)
[0106] Rs=[1230475.654,5575864.522,3800575.131 ]T(m)
[0107] Vs=[2036.630 3833.472 -6262.873]T(m/s)
[0108] T點經(jīng)煒高坐標(biāo)：116.679° E 29.1817° N 0km [0109] 地理方位角k:90° (正南指向）
[0110] P點經(jīng)煒高坐標(biāo)：116.679° E 29.0817° N 0km
[0111] 步驟S2:計算凝視期望四元數(shù)與期望角速度
[0112] 步驟S21:計算地面點在地心慣性系的位置
[0113] 由地面點經(jīng)煒高坐標(biāo)(Lt，Bt，Ht)、（LP，Bp，HP)計算地面點T和P點在地心慣性系的位 置 Rt、Rp。
[0114] 步驟S22:計算相機投影中心在地心慣性系的位置
[0115] Rc=Rs+Cib-R^ (1)
[0116] 其中，<4為衛(wèi)星體坐標(biāo)系到地心慣性系的轉(zhuǎn)換矩陣，由衛(wèi)星姿態(tài)敏感器測量獲得 的衛(wèi)星姿態(tài)計算得到。
[0117] 步驟S23:計算相機投影中心指向地面點T的矢量在慣性系中分量
[0119]步驟S24:計算相機投影中心指向地面點T的矢量在衛(wèi)星體坐標(biāo)系中分量
[0121]步驟S25:計算相機投影中心指向地面點P的矢量在慣性系中分量
[0123]步驟S26:計算相機投影中心指向地面點P的矢量在衛(wèi)星體坐標(biāo)系中分量
[0125]步驟S27:計算對地凝視期望姿態(tài)下慣性系到衛(wèi)星體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣
[0127]步驟S28:計算凝視期望四元數(shù)瓦
[0129]步驟S29:計算期望角速度
[0133] 其中，冢?+.表示t+ = t+5/2時刻對應(yīng)的期望四元數(shù)，表示t- = t-5/2時刻對應(yīng)的期 望四元數(shù)，t為當(dāng)前時刻，S為一段較短的時間，如0.01s~〇.5s。
[0134]步驟S3:計算誤差四元數(shù)與誤差角速度 [0135] 步驟S31:計算誤差四元數(shù)
[0137] 其中，< 為孓的共輒四元數(shù)，歹=[而免灸為星體實際姿態(tài)四元數(shù)，?表 示四元數(shù)乘法。其中％ t 為誤差四元數(shù)標(biāo)部，qe=[qeiqe2q e3]T為 誤差四元數(shù)矢量部分。
[0138] 步驟S32:計算誤差角速度
[0139] 〇e= 〇-〇* (12)
[0140]其中，co為星體實際角速度，由衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)獲得。
[0141] 步驟S4:計算飛輪力矩控制量Lc
[0142] 步驟S41:建立衛(wèi)星姿態(tài)運動的數(shù)學(xué)模型
[0143] 為便于描述，衛(wèi)星姿態(tài)運動的坐標(biāo)系及運動參數(shù)定義如下。采用軌道坐標(biāo)系〇- X+Z。和體坐標(biāo)系〇-XbybZb對衛(wèi)星的空間姿態(tài)運動進(jìn)行描述，〇為衛(wèi)星質(zhì)心。狀態(tài)變量定義： 四元數(shù)歹= + *qo為四元數(shù)標(biāo)部，q=[qi，q2，q3]T為四元數(shù)矢部，w =[ wx, ?Z]T為衛(wèi) 星角速度，Q = [ Qx，Qy，QZ]T為飛輪角速度。本實施例中所控制衛(wèi)星的狀態(tài)變量初值列于 表1中。
[0144] 表1狀態(tài)變量初值表
[0146]衛(wèi)星姿態(tài)運動的數(shù)學(xué)模型描述如下：
[0150]其中，E3X3為3 X 3的單位陣，I為衛(wèi)星星體慣量陣，J為飛輪慣量陣，叫= [0，-/，0]" 為軌道系角速度，/為衛(wèi)星的瞬時軌道角速度，L。為飛輪控制力矩，Le為所有外力矩的和，包 括引力梯度矩、氣動力矩、光壓力矩和磁力距，這些外力矩均有成熟的計算方法，且需根據(jù) 衛(wèi)星的具體情況，如軌道高度、剩磁、面質(zhì)比等，選擇性地計算主要的外力矩。此處將U寫在 方程中，僅為了表達(dá)式的完整性考慮。
[0153]步驟S42:設(shè)計姿態(tài)控制律，飛輪控制力矩為：
[0155] 其中，< (/ = X，J，::)為誤差四元數(shù)控制系數(shù)，qel(i = l，2,3)為誤差四元數(shù)的矢量 部分，g = 為角速度偏差系數(shù)，《ei(i = x，y，z)為誤差角速度。本實施例中衛(wèi)星的 控制系數(shù)取值列于表2中。
[0156] 表2控制系數(shù)取值表
[0158] 采用如公式（13)所示的控制律，對具有表1中所列初值的衛(wèi)星姿態(tài)進(jìn)行控制，本實 施例中的衛(wèi)星對地凝視姿態(tài)控制結(jié)果如圖5~圖7所示。圖5給出了指向偏差曲線，由圖5可 得:本發(fā)明提供的凝視姿態(tài)控制方法所得的控制律具有較快的響應(yīng)速度和較高的控制精 度，無明顯超調(diào)現(xiàn)象；圖6給出了星體角速度變化曲線，由圖6可得:星體角速度在大角度機 動過程中可控，且處于飛輪的控制能力范圍之內(nèi)。圖7為飛輪轉(zhuǎn)速變化曲線，由圖7可得:所 提出的控制方法得到的控制律不會造成飛輪飽和；圖8給出了給定地理指向為正北方向時， 控制方法像平面在地面投影，由圖8可得:提出的控制方法所得控制律控制衛(wèi)星上飛輪的力 矩后，可以實現(xiàn)視場^；方向按照設(shè)計的當(dāng)?shù)氐乩矸较虺上?。實現(xiàn)了衛(wèi)星視場可任意調(diào)節(jié)， 并能完成長時間穩(wěn)定凝視地面目標(biāo)點。
[0159] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚本發(fā)明的范圍不限制于以上討論的示例，有可能對其進(jìn)行 若干改變和修改，而不脫離所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍。盡管己經(jīng)在附圖和說明 書中詳細(xì)圖示和描述了本發(fā)明，但這樣的說明和描述僅是說明或示意性的，而非限制性的。 本發(fā)明并不限于所公開的實施例。
[0160] 通過對附圖，說明書和權(quán)利要求書的研究，在實施本發(fā)明時本領(lǐng)域技術(shù)人員可以 理解和實現(xiàn)所公開的實施例的變形。在權(quán)利要求書中，術(shù)語"包括"不排除其他步驟或元素， 而不定冠詞"一個"或"一種"不排除多個。在彼此不同的從屬權(quán)利要求中引用的某些措施的 事實不意味著這些措施的組合不能被有利地使用。權(quán)利要求書中的任何參考標(biāo)記不構(gòu)成對 本發(fā)明的范圍的限制。
【主權(quán)項】
1. 一種視場方向可調(diào)的衛(wèi)星對地凝視姿態(tài)控制方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟S1:獲取衛(wèi)星軌道狀態(tài)、地面點空間坐標(biāo)、相機參數(shù)，指定視場方向?qū)?yīng)的當(dāng)?shù)胤? 向矢量 衛(wèi)星軌道狀態(tài)為Xs=[Rs，Vs]，地面點T的經(jīng)煒高坐標(biāo)為(。^^冊^此為衛(wèi)星的地心慣性 系位置，Vs為衛(wèi)星的地心慣性系速度，Lt為地面點的地理經(jīng)度，Bt為地面點的地理煒度，Ht為 地面點的高程； 設(shè)定相機投影中心在衛(wèi)星體坐標(biāo)下位置為，相機焦距為f，相機在星上的安裝矩陣為 Cf指定視場方向?qū)?yīng)的當(dāng)?shù)胤较蚴噶扛≡诋?dāng)?shù)氐牡乩矸轿唤鞘冀K保持為指定的k值，確 定當(dāng)?shù)胤较蚴噶?穿_端點地面點P的經(jīng)煒高坐標(biāo)(Lp，Bp，Hp); 步驟S2:計算衛(wèi)星的凝視期望四元數(shù)與期望角速度 步驟S3:獲取星體實際姿態(tài)四元數(shù)和星體實際姿態(tài)角速度，計算期望四元數(shù)與星體實 際姿態(tài)四元數(shù)之間的誤差四元數(shù)，計算期望角速度與星體實際姿態(tài)角速度之間的誤差角速 度 按公式(11)計算誤差四元數(shù) ^=q：?q HI) 其中，< 為豕的共輒四元數(shù)邁為星體實際姿態(tài)四元數(shù)，?表示四元 數(shù)乘法，其中^=1^0 .免i fe.2 ，.qe〇為誤差四元數(shù)標(biāo)部，qe=[qei qe2 qe3]T為誤差四 元數(shù)矢量部分； 按公式(12)計算誤差角速度 (12) 其中，《為星體實際角速度； 步驟S4:控制律設(shè)計:按公式(13)計算飛輪控制力矩其中，< (/ = x，_y,2：)為誤差四元數(shù)控制系數(shù)，qel(i = l，2,3)為誤差四元數(shù)的矢量部分， A) (/ = U,i-)為角速度偏差系數(shù)，《ei(i = x，y，z)為誤差角速度， 按公式（13)得到的控制力矩對衛(wèi)星上的飛輪進(jìn)行控制，并調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述視場方向可調(diào)的衛(wèi)星對地凝視姿態(tài)控制方法，其特征在于，所述 步驟S2包括以下步驟： 步驟S21:計算地面點在地心慣性系的位置 由地面點的經(jīng)煒高坐標(biāo)(Lt，Bt，Ht )和(LP，Bp，HP)計算地面點T和P在地心慣性系的位置 Rt、Rp; 步驟S22:按公式(1)計算相機投影中心在地心慣性系的位置 Rc = Rs+C^Rc (1) 其中，為衛(wèi)星體坐標(biāo)系到地心慣性系的轉(zhuǎn)換矩陣； 按公式(2)計算相機投影中心指向地面點T的矢量在慣性系中分量按公式(3)計算相機投影中心指向地面點T的矢量在衛(wèi)星體坐標(biāo)系中分量按公式(4)計算相機投影中心指向地面點P的矢量在慣性系中分量按公式(5)計算相機投影中心指向地面點P的矢量在衛(wèi)星體坐標(biāo)系中分量按公式(6)計算對地凝視期望姿態(tài)下慣性系到衛(wèi)星體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣將上述計算結(jié)果帶入公式(7)中，按公式(7)計算凝視期望四元數(shù)C按公式(8)~（10)計算得到期望角速度其中，I表示t+ = t+5/2時刻對應(yīng)的期望四元數(shù)，瓦_(dá)表示t- = t-5/2時刻對應(yīng)的期望四 元數(shù)，t為當(dāng)前時刻，S為一段時間。
【文檔編號】G05D1/08GK106054910SQ201610532747
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月7日
【發(fā)明人】黃富強, 連君, 連一君, 曾國強, 李志軍, 袁福, 稅海濤, 高玉東, 項軍華, 吳國福, 韓大鵬
【申請人】中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)