[发明专利]一种基于数据驱动的卫星帆板展开仿真模拟方法

说明书

本发明涉及一种基于数据驱动的卫星帆板展开仿真模拟方法，包含：S1、确定并获取帆板展开动力学仿真的原始输入量；S2、在帆板展开过程中，以刚体动力学模型作为卫星动力学模型，对所述原始输入量进行多项式插值拟合，得到每一个仿真时刻作用于刚体动力学模型的仿真输入量；S3、在帆板展开后，以刚柔耦合动力学模型作为卫星动力学模型，计算振动模态初值，作为刚柔耦合动力学模型的积分初值；S4、制定帆板展开的模拟时序流程。本发明在保证仿真实时性的同时，能够更真实的模拟帆板的展开过程以及在此过程中对卫星的影响，提高仿真可信度。

技术领域

本发明涉及一种卫星帆板展开仿真模拟方法，具体是指一种基于数据驱动的卫星帆板展开仿真模拟方法。

背景技术

卫星在初始入轨阶段时，太阳能帆板能否成功展开，直接决定了任务的成败。目前随着卫星任务的种类越来越多，帆板的构型、质量和安装位置也在不断发生变化，而帆板的展开过程则对卫星姿态的影响也越来越显著。因此，如果能够在地面仿真试验中准确的模拟帆板整个展开过程对卫星姿态动力学的影响，就可以及时预测其在展开过程中可能存在的风险，进而通过调整帆板构型、安装位置、展开方案以及姿态控制方案，就能够大大提高卫星姿态控制的可靠性，并且能够缩短帆板从展开到卫星正式开始执行在轨任务之间的时间，有效提高卫星入轨效率。

目前，卫星动力学模型中常采用刚挠耦合模型对帆板的振动进行模拟，但该模型仅适用于帆板振动幅度较小的情况。当帆板振动幅度超过一定阈值时，该模型的准确度将大幅下降。另外，有限元分析软件生成的模型则可以更真实的反映帆板的动力学特性，但由于计算量过大，目前还无法应用到实时仿真中。

在实际应用中，如果帆板的构型、质量和安装位置确定后，每次展开对卫星动力学的影响变化将较小，因此可以考虑预先生成帆板展开的动力学数据，再引入实时仿真试验中，既可以提高帆板展开仿真模拟的精度，又不消耗过多的运算资源，保证仿真的实时性。

基于上述，本发明中提出了一种基于数据驱动的卫星帆板展开仿真模拟方法，有效解决了现有技术中存在的缺点和限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于数据驱动的卫星帆板展开仿真模拟方法，在保证仿真实时性的同时，能够更真实的模拟帆板的展开过程以及在此过程中对卫星的影响，提高仿真可信度。

为实现上述目的，本发明提供一种基于数据驱动的卫星帆板展开仿真模拟方法，包含以下步骤：

S1、确定并获取帆板展开动力学仿真的原始输入量；

S2、在帆板展开过程中，以刚体动力学模型作为卫星动力学模型，对所述原始输入量进行多项式插值拟合，得到每一个仿真时刻作用于刚体动力学模型的仿真输入量；

S3、在帆板展开后，以刚柔耦合动力学模型作为卫星动力学模型，计算振动模态初值，作为刚柔耦合动力学模型的积分初值；

S4、制定帆板展开的模拟时序流程。

所述的S1中，原始输入量包含：通过地面试验或者有限元分析得到的帆板展开角速度，以及帆板作用于卫星本体的力矩。

在本发明的一个实施例中，所述的S2中，具体包含以下步骤：

S21、对原始输入量中的帆板展开角速度按照刚体动力学模型的积分步长T进行多项式插值拟合；

S22、对插值拟合后的帆板展开角速度进行微分，得到展开力矩，作用于刚体动力学模型的力矩输入端。

进一步，所述的S22中，计算展开力矩的具体方法为：

其中，J_sp为帆板相对于卫星本体的转动惯量，作为干扰力矩施加到刚体动力学模型的力矩输入端；ω(t)为插值拟合后的帆板展开角速度；T_dep(t)为展开力矩。