[发明专利]太阳同步轨道卫星双视场星敏感器安装指向设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及航天器姿态测量领域，具体涉及一种太阳同步轨道卫星双视场星敏感器安装指向设计方法。

背景技术

星敏感器作为航天器姿态测量器件，以恒星作为姿态测量参考基准，与其它卫星姿态敏感器件(太阳敏感器、陀螺、磁强计等)相比具有精度高、无漂移、功耗低，并且输出绝对姿态信息的优点，是当前应用最广泛的姿态敏感器。在卫星运行过程中，星敏感器有可能受到太阳光或地气光的干扰，使星敏感器的像面背景噪声提高，影响星点提取的准确性，甚至星点会被淹没在背景杂光中，导致星敏感器无法正常工作。因此，星敏感器的抗杂散光问题是目前星敏感器研究的一项重要内容。

在星敏感器杂散光抑制方面，一方面可以通过设计星敏感器光学镜头、遮光罩结构或改变遮光罩内壁涂层材料提高星敏感器自身的抗杂散光性能，另一方面可以通过分析和优化星敏感器在卫星上的安装位置来尽量避免杂散光对星敏感器的影响。

相比于单视场星敏感器，双视场星敏感器同时工作具有可测视场角大、精度高等优点，为保证双视场星敏同时正常工作，其在航天器上安装条件更为苛刻，同时当各视轴相互正交时，达到最高精度；即使在光照条件极为复杂的情况下，当其中一个星敏感器受杂光影响不能正常工作时，另一个星敏感器也可作为备份星敏感器进行工作。因此，双视场星敏感器在测量精度及可靠性方面具有明显优势，是星敏感器技术发展的重要方向。

在星敏感器安装指向方法研究方面，有许多研究机构针对实际应用提出了设计方法，其中，针对卫星多种工况姿态条件，2010年航天东方红公司提出了基于任务规划的星敏感器安装角度确定方法可以解决敏捷机动工况下给定星敏感器安装指向问题，但该方法通过不断调整星敏感器的安装角度和工况条件确定出合适的星敏感器安装角度，设计方法十分复杂，同时不能给出在不同安装指向条件下星敏感器遮光罩最大太阳光、地气光遮蔽角。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种太阳同步轨道卫星双视场星敏感器安装指向设计方法。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种太阳同步轨道卫星双视场星敏感器安装指向设计方法，包括以下步骤：S1：设置太阳同步轨道参数、卫星参数、STK软件中HPOP阻力模型参数；S2：在STK软件中进行HPOP仿真，确定卫星在轨运行期间太阳光与卫星本体坐标系三轴矢量夹角，其中，对于卫星本体坐标系，Z轴指向地心，X轴为卫星前进方向，Y轴由右手定则确定，α为太阳光与X轴夹角，β为太阳光与Y轴夹角，γ为太阳光与Z轴夹角；S3:根据地球半径、大气层高度计算确定地气光与卫星本体边界夹角；S4：根据所述卫星在轨运行期间太阳光与卫星本体坐标系三轴矢量夹角，确定所述卫星在无机动状态下，太阳光相对卫星本体坐标系边界数学方程；根据所述地气光与卫星本体边界夹角确定所述卫星在无机动状态下，地气光相对卫星本体坐标系边界数学方程；S5：设置卫星机动状态下最大侧摆角和俯仰角，根据坐标系旋转矩阵确定所述卫星在不同机动状态下太阳光、地气光相对卫星本体坐标系边界曲线数学方程，以及各种工况条件下卫星本体坐标系不受杂光影响区域；S6：判断各种工况条件下不受杂光影响区域能否满足双视场星敏感器安装，如满足双视场星敏感器安装条件，根据方程所述卫星在各种工况机动状态下，太阳光相对卫星本体坐标系边界数学方程、地气光相对卫星本体坐标系边界数学方程，分析杂散光边界夹角关系，确定双视场星敏感器安装条件下为避免杂散光影响星敏感器安装指向范围数学方程，其中ω为双视场星敏感器单视场指向偏离YZ平面角度；如果不满足所述双视场星敏感器安装条件，则判断是否能够调整卫星工况，如果不能调整卫星工况则进入步骤S9；S7：根据双视场星敏感器安装平面与卫星本体坐标系XY平面夹角与进动角ω关系方程确定双视场星敏感器安装平面与卫星本体坐标系XY平面夹角范围及其与进动角ω关系；S8：根据关系式计算太阳光最大遮蔽角；根据关系式极值点z<0和极值点z>0计算地气光最大遮蔽角，其中，S_max为太阳光最大遮蔽角，E_max为地气光最大遮蔽角，为双视场星敏感器安装平面与卫星本体坐标系XY平面夹角，θ为极值点所在指向Z平面投影线与Z轴夹角，同时，极值点为星敏感器不同指向太阳光/地气光边界曲线在其轴线上最高投影点；确定双视场星敏感器遮光罩最大太阳光遮蔽角与地气光遮蔽角关系，根据遮光罩设计原则判断安装区间是否满足设计要求；若满足设计要求，设计结束；若不满足设计要求，如可进行工况调整，执行步骤S5，重新设置卫星机动状态下最大侧摆角、俯仰角，如不可进行工况调整，执行步骤S9；以及S9：随卫星侧摆角增大，在各种工况条件下不受杂光影响区域如不能满足双视场星敏感器安装，双视场星敏感器不能在各种工况条件下不受杂散光影响而进行正常工作时，为保证在不同工况条件下至少有一个星敏感器可正常工作，需保证：Ⅰ在卫星左侧摆及正常工况情况下有一个星敏感器可正常工作，Ⅱ在卫星右侧摆及正常工况有一个星敏感器可正常工作。