[发明专利]利用星敏感器信息的飞轮控制捕获太阳及对日定向方法

说明书

一种利用星敏感器信息的飞轮控制捕获太阳及对日定向方法，包含以下步骤：S1、利用星敏感器测量信息q_bi、太阳在惯性系的方位q_si解算卫星星体内某一矢量坐标系d转换到太阳矢量坐标系的四元数q_sd；S2、利用矢量坐标系转换到太阳矢量坐标系的四元数q_sd、姿态机动最大角速度ω_max和飞轮输出力矩M_m特性计算参数根据参数规划姿态机动路径；S3、根据S2中规划的姿态机动路径设计控制律，将控制量分配到飞轮组，控制卫星实现某一矢量d的对日定向。作为利用太阳敏感器对日定向的补充定向手段，本发明系统简单可靠，且在阴影区就可实施对日定向的功能，弥补太阳敏感器不能不间断定向的缺陷。

技术领域

本发明涉及卫星上飞轮的控制技术领域，具体涉及一种利用星敏感器信息的飞轮控制捕获太阳及对日定向方法。

背景技术

卫星姿态异常并经过速率阻尼后，卫星角速度可控制在一定范围内，此角速度在星敏感器可正常工作的动态范围内。利用星敏感器测得的卫星相对于惯性坐标系的姿态四元数、根据星上星历计算的太阳在惯性坐标系的方位信息，可以解算出太阳相对于星上某矢量(该矢量指向太阳以保证能源)的姿态四元数。根据此四元数，可以解算出星上某矢量指向太阳所绕的空间轴和转动角度。规划姿态机动路径，使星上某矢量指向太阳的姿态机动过程中卫星的角速度不超过设定值，以确保星敏感器工作在跟踪状态。

卫星捕获太阳及对日定向一般使用太阳敏感器。0-1式太阳敏感器用于搜索太阳；测量太阳方位角的太阳敏感器(也称太阳角计)用于捕获太阳并对日定向。由于需根据太阳敏感器信号控制卫星按一定逻辑搜索太阳，还需要陀螺测量卫星角速度，以控制执行机构(飞轮或喷气)实现卫星搜索太阳并对日定向。若太阳敏感器或陀螺失效，则不能实现捕获太阳并对日定向。另一方面，如果卫星处于阴影区，即使太阳敏感器正常也无输出信号。需要卫星进入光照区才能开始捕获太阳及对日定向。

利用星敏感器信息进行捕获太阳及对日定向，可以作为利用太阳敏感器和陀螺信息捕获太阳的备份手段。就使用的敏感器而言，利用星敏感器捕获太阳并对日定向仅使用星敏感器，系统简单可靠，且在阴影区就可实施捕获太阳及对日定向。一旦卫星进入光照区，卫星马上可以获得能源。

发明内容

本发明旨在提供一种利用星敏感器信息的飞轮控制捕获太阳及对日定向方法。

一种利用星敏感器信息的飞轮控制捕获太阳及对日定向方法，包含以下步骤：

S1、利用星敏感器测量信息q_bi、太阳在惯性系i的方位q_si解算卫星星体内某一矢量坐标系d转换到太阳矢量坐标系s的四元数q_sd；

S2、利用矢量坐标系d转换到太阳矢量坐标系s的四元数q_sd、姿态机动最大角速度ω_max和飞轮输出力矩M_m特性计算参数根据参数规划姿态机动路径；

S3、根据S2中规划的姿态机动路径设计控制律，将控制量分配到飞轮组，控制卫星实现某一矢量d的对日定向。

上述的一种利用星敏感器信息的飞轮对日定向方法，其中，所述卫星星体内某一矢量坐标系d转换到太阳矢量坐标系s的四元数q_sd的计算公式为：

其中，q_db为矢量坐标系d到星体坐标系b的四元数，q_bi为卫星本体坐标系b相对于惯性坐标系i的四元数，q_si为太阳矢量坐标系s相对于惯性坐标系i的四元数。