[发明专利]一种卫星对地扫描的姿态跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种卫星对地扫描的姿态跟踪控制方法，包括：采用阿基米德曲线描述扫描点的地理经纬度轨迹，得到卫星在地表的扫描轨迹；结合所述卫星在地表的扫描轨迹与当前的卫星位置信息获取星体跟踪的姿态角轨迹指令信息；根据所述星体跟踪的姿态角轨迹指令信息进行估算得到力矩和角动量的量级；根据所述力矩和角动量的量级，以星体的三轴姿态角为控制量，采用PD控制和前馈补偿控制律对星体的姿态角进行跟踪控制。本发明实现了通过卫星姿态的机动对地表按特定轨迹扫描的功能，使得卫星的结构更加简单，能够有效地减小卫星的体积和重量，提高系统的可靠性。

技术领域

本发明涉及卫星在地表扫描轨迹的规划、姿态参考指令生成和姿态轨迹跟踪控制技术，特别涉及一种卫星对地扫描的姿态跟踪控制方法。

背景技术

在卫星过顶时，对特定区域进行通讯和扫描侦查时，常需要天线或相机等载荷转动机构来实现凝视或跟踪特定轨迹，则卫星在地表的扫描时，增加了卫星的体积和重量，使得可靠性降低。但在体积较小或无转动机构的卫星上，则需要星体的姿态机动来完成星上固定天线或相机的对地扫描任务。

发明内容

本发明所需要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种卫星对地扫描的姿态跟踪控制方法，以解决需使用转动机构实现卫星对地表的扫描，从而增加了卫星的体积和重量，使得可靠性降低的问题。

为了解决以上问题，本发明通过以下技术方案实现：

一种卫星对地扫描的姿态跟踪控制方法，包括：步骤S1、采用阿基米德曲线描述扫描点的地理经纬度轨迹，得到卫星在地表的扫描轨迹；步骤S2、结合所述卫星在地表的扫描轨迹与当前的卫星位置信息获取星体跟踪的姿态角轨迹指令信息；步骤S3、根据所述星体跟踪的姿态角轨迹指令信息进行估算得到力矩和角动量的量级；步骤S4、根据所述力矩和角动量的量级，以星体的三轴姿态角为控制量，采用PD控制和前馈补偿控制律对星体的姿态角进行跟踪控制。

优选地，所述卫星在地表的扫描轨迹采用如下公式表示：

式中，λ₀为扫描起始点的地理经度；为扫锚起始点的地理纬度；a为所述阿基米德曲线的螺距系数；φ为星体光轴绕地面起点与星体中心连线转动过的角度；则所述阿基米德曲线描述的扫描点的地理经纬度轨迹的地理经纬度坐标为

优选地，所述步骤S2包括：将所述地理经纬度坐标转化为地心经纬度坐标则所述地心经纬度坐标用如下公式表示：

式中，f₁为地球子午线的椭圆截面的偏心率，则f₁＝(a_e-b_e)/a_e，其中a_e为赤道半径，b_e为地球的极半径。

将所述地心纬度坐标(α,δ)转化为卫星的赤经、赤纬坐标(α,δ)，则所述赤经、赤纬坐标(α,δ)用如下公式表示：

式中，t₀为初始位置时刻；t为当前运行位置时刻；G₀为t₀时格林威治恒星时角；ω_e为地球自旋转速。

根据所述赤经、赤纬坐标(α,δ)得到J2000惯性坐标系下的当前星上载荷对地覆盖区域的中心对应的位置矢量r_d＝[r_dx r_dy r_dz]^T，所述当前星上载荷对地覆盖区域的中心对应的位置矢量r_d＝[r_dx r_dy r_dz]^T用如下公式表示：