[发明专利]大角动量补偿卫星三级失稳判断与控制设计方法

说明书

本发明提供了一种大角动量补偿卫星三级失稳判断与控制设计方法，卫星处于对地三轴飞轮稳态控制中，卫星姿态超差，达到一级失稳判断条件，卫星自主进入磁控模式；卫星处于对地三轴飞轮稳态控制中，卫星姿态超差，达到二级失稳判断条件，卫星自主转入稳态开环模式，进一步，卫星处于光照区丢失太阳后进入对日定向模式；卫星处于对地三轴飞轮稳态控制中，卫星姿态超差，达到三级失稳判断条件，卫星自主进入喷气控制模式，控制稳定后返回对地三轴飞轮控制。本发明从大角补偿卫星特点出发，对在轨大旋转部件转速波动或是异常卡滞导致卫星姿态翻滚的现象提出了具体解决方法，通过本发明可使卫星保持三轴对地控制，保证了卫星业务持续工作不受影响。

技术领域

本发明涉及卫星总体优化设计方法，具体地，涉及一种大角动量补偿卫星三级失稳判断与控制设计方法。

背景技术

空间被动微波遥感是对地球观测重要的途径之一，全极化微波辐射计作为一种新型的空间被动微波遥感仪器，为海面风场、海面温度、大气水汽含量、降雨强度等大气海洋环境参数的观测提供了重要手段。全极化微波辐射计采用圆锥扫描方式，旋转惯量较大，要求所设计的微波辐射计的扫描控制系统具有很好的驱动控制能力，同时需要卫星对旋转所产生的角动量进行补偿，达到三轴稳定对地姿态。

为了使卫星在总体设计时能够对星载微波辐射计天线扫描产生的动量进行有效的补偿，就必须采用适当的方法获得可靠的补偿数据。同时需要设计在微波辐射计天数转速异常情况下，卫星仍然能够保持稳定的姿态，这对整星设计提出了较高的要求。

与本申请相关的现有技术是专利文献CN103112603A，公开了一种欠驱动高速自旋卫星建立正常姿态的方法，包括以下步骤：(1)利用姿态敏感器的输出数据确定欠驱动卫星的自旋轴；(2)确定欠驱动轴和正常轴；(3)对卫星进行欠驱动消旋、进动控制至所述陀螺退饱和；(4)所述陀螺退饱和后，对三轴角速度进行欠驱动控制；(5)确定并更新初始姿态四元数；(6)采用动量轮进行姿态捕获和磁力矩器卸载，并确定卫星姿态，将卫星恢复至正常对地三轴稳定姿态。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种大角动量补偿卫星三级失稳判断与控制设计方法。

根据本发明提供的一种大角动量补偿卫星三级失稳判断与控制设计方法，包括：

步骤1：卫星处于对地三轴飞轮稳态控制中，卫星姿态达到一级失稳状态，卫星自主进入磁控模式；

步骤2：卫星处于对地三轴飞轮稳态控制中，卫星姿态达到二级失稳状态，卫星自主转入稳态开环模式，卫星处于无控状态，待地面处理；

步骤3：卫星处于对地三轴飞轮稳态控制中，卫星姿态达到三级失稳状态，卫星自主进入喷气控制模式，控制稳定后返回对地三轴飞轮稳态控制。

优选地，所述一级失稳状态是指卫星连续120s内的在滚动轴、俯仰轴、偏航轴三轴姿态分别大于3°、4°、3°。

优选地，所述二级失稳状态是指卫星连续30s内在滚动轴、俯仰轴、偏航轴三轴姿态大于8°。

优选地，所述三级失稳状态是卫星连续5s内在滚动轴、俯仰轴、偏航轴三轴姿态大于12°。

优选地，所述步骤1中，卫星姿态的姿态基准依次依据星敏感器、双矢量、陀螺积分和红外地球敏感器，其中，星敏感器的优先级最高，在卫星姿态角速度为2°/s内，根据星敏感器的输出姿态优先作为判断控制依据；当星敏感器无法输出数据或者有杂光干扰时，采用双矢量作为姿态基准；当双矢量无效时，采用陀螺积分作为姿态基准。

优选地，所述步骤2中，待地面处理是利用太阳敏感器进行太阳方位判断，当所有象限的太阳敏感均无信号输出时则判定为在地影区，继续保持无控制力矩输出状态；否则，当卫星的受晒面无光照时，卫星自主转入对日定向控制模式。

优选地，所述步骤3中，卫星姿态的姿态基准是依据红外地球敏感器或陀螺积分仪。