[发明专利]一种航天器对动坐标系机动目标实时规划方法

说明书

一种航天器对动坐标系机动目标实时规划方法，首先进行常规姿态机动规划初始化计算，得到目标动坐标系相对于卫星轨道系的初始四元数、机动规划参数，然后在每个控制周期根据机动规划参数信息，进行常规姿态机动规划的实时规划预计算，得到预计算结果，最后在机动过程中的每个控制周期，根据目标动坐标系相对于轨道系的实时方向余弦阵，目标动坐标系相对于惯性系的角速度，计算实时规划相对于惯性系姿态四元数和实时规划相对于惯性系角速度，完成航天器对动坐标系机动目标实时规划。

技术领域

本发明涉及航天器姿态确定与控制领域，特别是一种航天器对动坐标系机动目标实时规划方法。

背景技术

卫星姿态机动规划方法目前有BangBang轨迹规划、正弦轨迹规划等，广泛使用于卫星成像机动等任务中。但这些方法均针对机动前后坐标系无相对运动的情况，如卫星侧摆机动时，机动前的姿态本体坐标系和机动后的目标姿态本体坐标系均相对于轨道坐标系静止不动，而对于机动的目标坐标系相对于轨道系不断运动的情况不能很好地处理。例如卫星由对地定向姿态向特定的对日定向姿态机动时，由于该对日定向姿态所定义的对日定向坐标系是卫星、太阳及地心三者相对位置决定的动坐标系，因此其相对于轨道系的姿态是不断变化的，采用常规姿态机动规划时若以机动起始时的对日定向坐标系为目标进行规划，则当卫星按规划机动到位时，由于对日定向坐标系已经发生了变化，卫星姿态将不可避免地存在偏差，该偏差与机动时间和对日定向坐标系的变化速度有关，且卫星机动到位时姿态角速度以零值为目标值，这与对日定向坐标系相对于轨道系的角速度也存在偏差。姿态和姿态角速度存在的偏差导致的动态调整影响到卫星运行稳定性和机动指标的实现。而若将对日定向坐标系进行一定时长的外推作为目标姿态进行规划，则由于机动前对地坐标系和机动后对日定向坐标系相对位置的不确定性，无法给出确定的外推时长以消除上述机动偏差。地面站凝视等问题也存在着类似的难点。为解决这一类问题，需要针对动坐标系机动目标提出新的实时规划方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种航天器对动坐标系机动目标实时规划方法，在常规姿态机动规划基础上根据动坐标系信息进行实时修正的航天器对动坐标系机动目标实时规划方法，能够解决卫星机动到位时与实时目标姿态和角速度不一致的问题，避免出现再次调整的现象。

本发明的技术解决方案是：一种航天器对动坐标系机动目标实时规划方法，包括如下步骤：

(1)根据机动起点时刻t_m^*，起点时刻的卫星本体相对于卫星轨道系的姿态四元数q_bos和目标动坐标系相对于卫星轨道系的方向余弦阵C_so，以及给定的规划最大角加速度幅值a_max和规划最大角速度幅值进行常规姿态机动规划初始化计算，得到目标动坐标系相对于卫星轨道系的初始四元数q_t0、机动规划参数，机动规划参数包括机动规划方向矢量加速段结束时刻t_m1、减速段开始时刻t_m2、机动规划结束时刻t_m3；

(2)在机动过程中的每个控制周期，根据步骤(1)中给出的机动规划参数信息，进行常规姿态机动规划的实时规划预计算，得到预计算结果：轨道系实时预规划四元数q_ro0，实时规划角速度标量实时规划角加速度标量a_r；

(3)在机动过程中的每个控制周期，根据目标动坐标系相对于轨道系的实时方向余弦阵C_so，目标动坐标系相对于惯性系的角速度ω_si，和步骤(2)中给出的实时规划预计算结果，计算实时规划相对于惯性系姿态四元数q_r和实时规划相对于惯性系角速度ω_ri。

所述步骤(1)和步骤(2)中的常规姿态机动规划初始化计算和实时规划预计算，使用BangBang机动规划或正弦机动规划，或其他同类功能的机动规划方法，本发明以BangBang机动规划为例进行技术说明。