[发明专利]一种基于地磁场测量参数的改进的纯磁控自旋对日定向方法

说明书

本发明公开了一种纯磁控自旋对日定向方法，包括：根据地磁矢量和太阳矢量确定星体角速度；根据计算得到的星体角速度，判断是否需要进行星体速率阻尼；如果不需要进行星体速率阻尼，则确定期望控制力矩T_desired；根据期望控制力矩反算磁力矩器对应的期望输出磁矩。本发明无须配置其它敏感单元或执行机构，可实现全天域、全状态下的磁控自旋对日定向。

技术领域

本发明涉及航天器姿态控制的技术领域。具体而言，本发明涉及一种基于地磁场测量参数的改进的纯磁控自旋对日定向方法。

背景技术

卫星的姿态控制是指对卫星绕质心施加力矩，以保持或按需要改变其在空间定向的技术。卫星的姿态控制系统在卫星的实际运行和控制过程中扮演了十分重要的角色，能够确保卫星飞行过程中姿态的确定和调整，从而顺利完成既定的飞行任务。

不同类型的卫星对姿态控制有不同的要求，卫星的姿态控制包括被动姿态控制和主动姿态控制。姿态敏感器用于测量卫星本体坐标系统相对于某一基准坐标系的相对位置和角速度，以确定卫星的姿态。卫星系统还包括控制器，控制器根据卫星的姿态和给定的要求指示执行机构工作。执行机构则根据控制器指令产生相应的控制力矩从而改变卫星的姿态。

卫星的对日定向对于能源获取至关重要，对于低轨道卫星而言，采用工作性能相对可靠的太阳敏感器、磁强计和磁力矩器实现卫星的对日定向关系到卫星的生命安全。考虑到磁控作用总是垂直于当地磁力线方向，纯磁控卫星的姿态稳定实际上是欠驱动的控制系统。当前比较有效的方法是采用自旋稳定的方法可以实现星体(太阳帆板)指向的稳态地日。但是，该方案存在一个重大缺陷，在某些情况下将无法形成磁控对日，甚至会实现反向对日，即太阳帆板的背面朝向太阳。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明仅采用太阳敏感器、磁强计和磁力矩器实现星体太阳帆板对日定向的姿态控制。

根据本发明的一个方面，提供一种纯磁控自旋对日定向方法，包括：

根据地磁矢量和太阳矢量确定星体角速度；

根据计算得到的星体角速度，判断是否需要进行星体速率阻尼；

如果不需要进行星体速率阻尼，则根据太阳矢量S_b与星体指定面法向矢量V_S，确定太阳角ε，并确定期望控制力矩中第一项：

根据地磁矢量测量结果，确定期望控制力矩第二项：

T₂＝k₂·(B_b^-×B_b)；

期望控制力矩第三项按下式确定：

T₃＝k₃·(ω_bi-ω_desired)；

期望控制力矩T_desired为：

其中V_S为指定的星体面法向矢量，S_b为测得的太阳矢量，ε为太阳角，ω_bi为惯性系下的角速度矢量，由定姿单机所确定的姿态信息差分而得，ω_desired为期望的角速度矢量，k₁、k₂和k₃分别为对应于三个力矩项的系数，B_b表示当前拍的地磁场强度，B_b^-表示前一拍的地磁场强度。

根据期望控制力矩反算磁力矩器对应的期望输出磁矩：

其中，m为期望输出磁矩。