[发明专利]一种基于分段控制的卫星姿态机动方法

说明书

本发明公开了一种基于分段控制的卫星姿态机动方法，该方法包含如下步骤：确定卫星姿态机动过程中的姿态；对卫星滚动轴方向分别进行加速、匀速、减速机动控制；对卫星滚动轴方向进行稳定控制；分别对卫星俯仰轴和偏航轴方向进行机动控制；将卫星的滚动轴、俯仰轴和偏航轴切换到稳态控制。本发明利用机动过程加减速的对称性，能够自主将卫星的姿态机动分为加速‑匀速‑减速‑快速稳定‑稳态控制几个过程，每个过程进行相应的控制，实现机动过程自动衔接。

技术领域

本发明涉及卫星姿态机动方法，特别涉及一种基于分段控制的卫星姿态机动方法。

背景技术

随着卫星用户要求的提高，很多卫星为了缩短重访周期，要求姿控系统不仅能够实现高精度高稳定度控制，还要具有快速姿态机动的能力，扩大观测范围，提高载荷的有效利用率。

现有技术中还没有相关技术记载解决卫星快速机动姿态控制问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于分段控制的卫星姿态机动方法，该方法利用机动过程加减速的对称性，能够自主将卫星的姿态机动分为加速-匀速-减速-快速稳定-稳态控制几个过程，每个过程进行相应的控制，实现机动过程自动衔接。在快速稳定段提高系统的带宽，加快稳定速度，稳态控制段系统切换到正常的控制频率。该方法设计简单可靠，可以有效的实现姿态快速机动，工程上实现简单。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于分段控制的卫星姿态机动方法，其特点是，该方法包含如下步骤：

确定卫星姿态机动过程中的姿态；

对卫星滚动轴方向分别进行加速、匀速、减速机动控制；

对卫星滚动轴方向进行稳定控制；

分别对卫星俯仰轴和偏航轴方向进行机动控制；

将卫星的滚动轴、俯仰轴和偏航轴切换到稳态控制。

所述的确定卫星姿态机动过程中的姿态具体包含：

卫星使用星体惯性角速度进行四元数递推，所述的递推算法如下：

其中，

q_ai(k)是当前拍用陀螺测量角速度递推得到的星体相对惯性系的四元数，表示q_ai的导数；ω表示卫星惯性角速度，E(q)表示对四元数q的一种运算算子，q₄表示四元数q的标量，q₁₃表示四元数q的矢量[q₁ q₂ q₃]^T，[q₁₃×]表示对q₁₃进行求反对称矩阵运算；

将递推得到的q_ai(k)计算成星体相对轨道系的姿态四元数：

当前的卫星姿态角估为：

其中q_ao表示卫星相对轨道系的姿态四元数，q_oi表示轨道系相对惯性系的姿态四元数，表示四元数相乘运算，R_ij是矩阵R(q_ao)的第i行第j列的元素；表示卫星滚动姿态角估值，表示卫星俯仰姿态角估值，表示卫星偏航姿态角估值；

当前卫星的姿态角速度为：

其中，ω₀是轨道角速度。