[发明专利]应用于单轴气浮台的星敏感器的简易模拟装置及模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于单轴气浮台的星敏感器的简易模拟装置及模拟方法。

背景技术

航天器控制系统半物理仿真是研制航天器过程中特有的一种仿真方法，它利用气浮转台作为运动模拟器并结合部分实物搭建的半物理仿真环境，进行控制系统方案的仿真验证。单轴气浮转台通过压缩空气在气浮轴承与轴承座之间形成气膜使台面浮于空中，实现气浮转台台面与台体之间近似无摩擦的相对转动，从而模拟航天器在外层空间所受干扰力矩很小的力学环境，进而在地面上利用气浮转台台面的转动模拟刚体航天器的姿态运动。

在基于单轴气浮转台的航天器半物理仿真中，为了考验关键部件对航天器控制算法控制性能的影响，常需要将实物接入到实际控制回路中。这些实物既包括飞轮、陀螺等必要器件，也包括决定航天器高精度控制不可或缺的星敏感器。目前，受星敏感器工作原理的限制，地面半物理仿真时多采用星空模拟器配合方法实现对其性能的考核。然而驱动星空模拟器需要用户提供航天器精确的轨道和姿态信息，这显然有悖于采用星敏感器进行高精度姿态测量的初衷。因此在地面航天器半物理仿真中，星敏感器无法接入闭环仿真系统中对算法进行性能考核。

发明内容

本发明是为了解决现有地面航天器半物理仿真中的星敏感器由于无法接入仿真系统中导致无法对控制算法进行性能考核的问题，从而提出一种应用于单轴气浮台的星敏感器的简易模拟装置及模拟方法。

应用于单轴气浮台的星敏感器的简易模拟装置，它包括光电码盘、转速数字显示仪和无线通信模块，所述无线通信模块包括无线信号发射单元和无线信号接收单元；所述光电码盘的转动部分套在单轴气浮台的转轴上并固定，光电码盘的接收部分固定在单轴气浮台的底座上，所述光电码盘的信号输出端与转速数字显示仪的信号输入端连接；所述转速数字显示仪的信号输出端与无线信号发射单元的信号输入端连接；无线信号接收单元固定在单轴气浮台的台面上。

基于上述装置的应用于单轴气浮台的星敏感器的简易模拟方法，它由以下步骤实现：

步骤一、采用光电码盘测量单轴气浮台的角速度，获得角速度数据，并将所述角速度数据传送至转速数字显示仪；

步骤二、转速数字显示仪显示步骤一获得的角速度数据，并将所述角速度数据通过无线信号发射单元发射；

步骤三、无线信号接收单元接收步骤二发射的角速度数据，并将所述角速度数据传送至单片机；

步骤四、仿真计算机计算航天器另外两个轴的角速度数据和轨道信息并传送至单片机；

步骤五、单片机根据步骤三中接收的角速度数据和步骤四接收的航天器另外两个轴的角速度数据和轨道信息进行计算，获得星敏感器的模拟输出数据。

步骤五所述的根据步骤三中接收的角速度数据和步骤四接收的航天器另外两个轴的角速度数据和轨道信息进行计算，具体步骤是：将接收到的角速度数据利用四阶龙格库塔法进行积分，获得到航天器体坐标系相对于轨道坐标系的姿态四元数Q_ob；

步骤三中接收到的气浮台的角速度为一维矢量w_ob，与步骤四接收的航天器另外两个轴的角速度组成航天器三轴的角速度三维矢量w；

航天器上积分时间常数dTime；

航天器初始姿态角速度为w₀；

航天器初始姿态四元数为Q₀；

四元数计算公式为：