[发明专利]一种基于磁强计的皮纳卫星姿态捕获方法

说明书

本发明公开了一种基于磁强计的皮纳卫星姿态捕获方法，属于卫星姿态控制技术领域。该方法在卫星失去姿态基准的情况下，以卫星姿态四元数和陀螺常值漂移为状态量、以磁强计测量值为观测量，利用递推的卡尔曼滤波进行姿态确定，首先利用磁力矩器进行速率阻尼，待速率阻尼完成后，该方法已经获取到了较为准确的姿态信息，以此为输入信息利用磁力矩器进行卫星的三轴姿态控制，从而建立卫星对地定向的运行姿态。本发明方法不受太阳信息的限制，也没有姿态条件的约束，具有很强的工程可操作和可实现性。

技术领域

本发明涉及一种卫星姿态捕获的方法，特别是一种基于磁强计的皮纳卫星姿态捕获方法，属于卫星姿态控制技术领域。

背景技术

当卫星在轨失去姿态基准的情况下，卫星往往处于角速度较大、姿态角未知的状态，需要阻尼角速度、获取姿态信息并消除姿态、重新建立对地运行姿态。目前的皮纳卫星在姿态捕获过程中，一般都将速率阻尼与姿态捕获这两大任务的割裂开来，首先进行速率阻尼，在速率阻尼完成后，利用磁强计与太阳敏感器进行双矢量姿态确定从而获取姿态基准进行姿态捕获。这种方法依赖太阳信息，受轨道设计及太阳敏感器安装的限制，在速率阻尼完成后不一定能够确保太阳敏感器见太阳，从而无法实施双矢量姿态确定、无法完成捕获姿态。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于磁强计的皮纳卫星姿态捕获方法，不依赖太阳信息，不受轨道设计及太阳敏感器安装的限制，仅依靠磁强计即可在速率阻尼过程中获取卫星姿态，解决了现有技术中受太阳信息约束的问题。

本发明的技术解决方案是：一种基于磁强计的皮纳卫星姿态捕获方法，该方法每个控制周期执行如下步骤：

(1)、以磁强计的测量值为观测量，以惯性坐标系下的卫星姿态四元数和陀螺的常值漂移为状态量，采用递推的卡尔曼滤波方法计算得到惯性坐标系下的卫星姿态四元数估计值和卫星姿态角速度ω信息，进入步骤(2)；

(2)、判断惯性坐标系下的卫星的姿态角速度ω幅值|ω|是否小于预设的姿态角速度门限，如果小于，则进入步骤(3)；否则，计算控制磁矩M驱动磁力矩器，以消除卫星姿态角速度，在下一个周期到来时，从步骤(1)开始执行；

(3)、将惯性坐标系下的卫星姿态四元数估计值转换为轨道坐标系下的卫星姿态四元数估计q_BO，将惯性坐标系下的卫星姿态角速度ω转换成轨道系坐标系下的卫星姿态角速度ω_BO，并根据所述轨道系坐标系下的卫星姿态四元数估计值q_BO和卫星姿态角速度ω_BO计算控制磁矩M驱动磁力矩器，以消除卫星的姿态角，进入步骤(4)；

(4)、判断卫星姿态角Φ的幅值|Φ|是否小于预设的姿态角门限，如果小于，则认为捕获成功，结束捕获过程；否则，在下一个周期到来时，从步骤(1)开始执行。

所述步骤(1)计算惯性坐标系下的卫星姿态四元数估计值和卫星的姿态角速度ω信息的具体实现步骤为：

(1.1)、根据控制周期Δt内陀螺输出卫星三轴角度增量Δg和陀螺的常值漂移估计值b_k-1/k-1计算卫星的姿态角速度ω：

式中，b的初值为陀螺的常值漂移标称值或者为[0，0，0]；

(1.2)、根据上一控制周期的惯性坐标系下的卫星姿态四元数估计值q_k-1/k-1外推当前控制周期惯性坐标系下的卫星姿态四元数预估值q_k/k-1：

式中，q＝[q₁,q₂,q₃,q₄]，其中q₄为标量，q的初始值为q_0/0＝[0,0,0,1]；