[发明专利]一种高分辨率小卫星颤振响应的确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分辨率小卫星颤振响应的确定方法，特别是采用控制力矩陀螺执行机构的高分辨率小卫星的颤振响应确定方法，属于卫星动力学技术领域，可用于卫星姿态干扰、颤振分析。

背景技术

卫星成像期间，活动部件运动、卫星结构的柔性等会使卫星主体以及CCD相机产生扰动，其中幅值较小、频率较高、控制系统无法测控的部分为颤振。高分辨率小卫星与大卫星相比，惯性质量轻，更易受到干扰影响。

2003年于登云、王跃宇等在“遥感卫星颤振响应分析技术研究”和“遥感卫星颤振响应分析的实用方法”文中，就颤振动力学分析技术进行了探讨，给出了基于拉格朗日法的遥感卫星动力学模型及其扰动源扰动力矩模型，给出了考虑太阳阵和相机柔性时在太阳阵步进、磁带机和动量轮运动综合干扰下卫星星体颤振响应的数值分析结果。

2008年NASA戈达德飞行中心Kuo-Chia Liu和Peiman Maghami等人在“Reaction Wheel Disturbance Modeling，Jitter Analysis，and Validation Tests forSolar Dynamics Observatory”一文中介绍了太阳动力观测计划SDO针对在轨主要干扰源反作用轮所作的干扰建模和颤振分析，详细介绍了干扰模型的验证修正和反作用颤振分析的地面验证试验以及为了满足观测仪器的颤振要求对反作用轮转速限速的措施等。以上研究都主要针对反作用轮干扰等进行卫星颤振分析，不能满足高分辨率小卫星颤振确定的需要。

本发明针对目前的技术空白，首次提出了一种利用单框控制力矩陀螺动不平衡产生的干扰力矩来确定卫星的颤振响应，利用本发明确定的干扰力矩，可以对敏捷小卫星进行姿态扰动分析、颤振分析，从而评判卫星成像质量，测试卫星的分辨率，还可以通过调整控制力矩陀螺的干扰力矩最终使卫星的分辨率达到设计要求。

高分辨率小卫星的敏捷机动性日益得到重视和发展，此类高分辨率小卫星主要采用控制力矩陀螺作为执行机构，目前尚未见到对于此类高分辨率小卫星的主要干扰源控制力矩陀螺的干扰建模和颤振分析。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种高分辨率小卫星颤振响应的确定方法，填补现有技术空白，本发明方法为卫星成像质量的影响分析及最终改进卫星成像质量提供依据。

本发明的技术解决方案是：一种高分辨率小卫星颤振响应的确定方法，通过以下步骤实现：

第一步，根据公式(1)建立高分辨率小卫星的颤振动力学方程，

其中，I_b为星体转动惯量；ω_b为星体转动角速度；F_sk为第k个太阳翼附件的柔性对卫星转动的耦合系数，τ_k＝[τ_k1 τ_k2…τ_k6]^T，为第k个太阳翼附件前6阶模态坐标列阵，μ为太阳翼附件的阻尼系数，Ω_k＝diag(ω_k1 ω_k2…ω_k6)，为第k个太阳翼附件前6阶模态频率列阵，ω_kj(j＝1，2，…，6)为第k个太阳翼第j阶模态频率，K为太阳翼附件的总数，T_d为卫星控制系统执行机构单框架控制力矩陀螺群动不平衡对卫星本体产生的干扰力矩；

第二步，确定卫星单框架控制力矩陀螺群动不平衡对卫星本体产生的干扰力矩T_d；

第三步，根据第二步确定的干扰力矩T_d，利用第一步中建立的颤振动力学方程，确定高分辨率小卫星在颤振干扰力矩作用下的姿态响应，

(3.1)将公式(1)的颤振动力学方程改写为公式(9)的形式，