[发明专利]一种二维导引姿态控制方法

说明书

本发明公开了一种高精度高稳定度二维导引姿态控制方法，包含以下过程：在原有通用不导引的姿态控制方法中的修正回路内加入了二维导引的角速度指令，相当于系统的角速度前馈，可以提高系统的响应能力，实现快速导引控制；在滚动方向进行了与偏航的解耦控制，消除偏航方向导引后对滚动方向的耦合影响。通过上面的措施，可以实现卫星任意位置的快速二维导引接入控制，并且能够提高系统的控制精度。本发明具有简单易于星上实现和地面操作的优点。

技术领域

本发明属于卫星姿态控制技术领域，具体涉及一种高精度高稳定度二维导引姿态控制方法。

背景技术

在星载合成孔径雷达应用中，多普勒特性对于方位分辨率、脉冲重复频率的计算、方位向的模糊问题以及成像的精度都有直接的影响。SAR回波的多普勒中心频率的失配严重时甚至导致无法成像。由于地球自转的影响而产生的多普勒中心频率的变化，将产生距离向徙动，给成像处理带来困难。

为了消除多普勒中心频率漂移对雷达成像的影响，雷达卫星最初设计了简单的一维偏航导引方案，该方案只能在纬度幅角为90°或270°导引角为零的附近开始接入或停止导引，且导引的偏差会在滚动方向有一个0.02°左右的耦合影响。

随着成像精度要求的提高，逐渐设计了二维导引方案，即沿着俯仰和偏航方向分别进行导引控制，且姿态控制精度和稳定度要与不进行导引相当，并要求任意方向都能快速接入二维导引，而不能只在纬度幅角为90°或270°导引角为零的附近才开始导引。

发明内容

本发明的目的是提供一种二维导引姿态控制方法，通过三轴稳定控制卫星，使所述卫星的星体坐标系相对于轨道坐标系重合，所述卫星跟踪轨道坐标系运动，实现所述卫星的稳定对地定向；并且通过二维导引控制，实现消除多普勒中心频率漂移现象，并解决在不影响系统的精度和稳定度情况下，且卫星处于任意位置时，本发明能够实现快速接入二维导引和二维导引接入控制的目的。

为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种二维导引姿态控制方法，包括以下过程：

在卫星运行的偏航方向引入偏航导引角和偏航导引角速度，计算得到修正后的偏航角速度；

在卫星运行的滚动方向进行与偏航方向的解耦控制，用于消除偏航方向导引后对滚动方向的耦合影响，得到修正后的滚动角速度；

在卫星运行的俯仰方向引入俯仰导引角和俯仰导引角速度，计算得到修正后的俯仰角速度；

将修正后的偏航角速度、修正后的俯仰角速度、修正后的滚动角速度分别对应与光纤陀螺组合输出角速度相加得到角速度指令；

将所述角速度指令代入控制算法得到卫星飞轮的控制力矩。

优选地，所述修正后的偏航角速度ω_kx和修正后的滚动角速度ω_kz为：

式中，参数K、K_int为增益系数，ψ分别为滚动和偏航姿态角，ω₀为轨道角速度，ψ_c、分别为偏航导引角和偏航导引角速度。

优选地，所述修正后的俯仰角速度ω_ky为：

式中，参数K_Icy、K_cy为增益系数，θ为俯仰姿态角，θ_c、分别为俯仰方向导引角和导引角速度。

优选地，所述控制卫星飞轮的控制力矩的角速度指令信号ω_cx、ω_cy、ω_cz计算如下：