[发明专利]一种降低太阳翼转动对卫星激光终端扰动的参数确定方法

说明书

一种降低双轴太阳翼转动对卫星激光终端扰动的参数确定方法，针对大倾角卫星双轴太阳翼步进运动对卫星姿态影响恶劣的问题，基于虚功率原理，建立了考虑卫星轨道参数、太阳翼驱动机构参数、太阳翼结构参数和反作用轮在内的整星动力学与控制模型，并利用最优化方法，对双轴太阳翼转动影响卫星姿态的关键参数进行寻优，获得降低太阳翼扰动的可用参数。该方法可有效减小双轴太阳翼转动对卫星姿态抖动影响，降低了星上高精高稳指向激光载荷研制成本，提高这类载荷在轨运行健壮性。

技术领域

本发明设计一种降低太阳翼转动对卫星激光终端扰动的参数确定方法，属于卫星总体设计领域，用于解决大倾角卫星双轴太阳翼转动对星上激光终端扰动过大引起的通信光链路中断问题。

背景技术

国内外巨型互联网星座(卫星数量200颗)的卫星普遍采用激光载荷进行网络连接，激光通信终端的指向精度和稳定度对通信成功与否和通信速率影响大。为了满足高纬度覆盖需求，互联网星座很多卫星采用大倾角轨道。为满足大倾角轨道卫星功率需求，这类卫星多采用双轴对日定向太阳翼。这类太阳翼具有质心偏离转轴大、步进电机驱动等特点，其在轨转动对卫星姿态和载荷指向影响大，极易造成星上高精指向载荷如激光通信载荷链路中断。国内外在轨试验表明，双轴太阳翼在轨转动引起的卫星姿态扰动是造成激光终端建链失败的重要原因。确定并合理调整太阳翼转动对卫星姿态扰动影响的敏感参数和参数最优值，对于卫星总体设计效能和成本优化，互联网卫星激光终端在轨稳定建链和联网具有重要意义。

当前太阳翼转动对卫星扰动影响分析多停留在地面太阳翼驱动机构带动单轴太阳翼转动产生的扰动力矩建模及试验验证方面，无法适应互联网星座大倾角卫星双轴太阳翼转动对带高精度指向激光载荷卫星姿态扰动小和总体参数优化设计需求。之前普遍侧重于从动力学建模角度，分析单一因素如太阳翼驱动机构步进电机对太阳翼扰动力矩影响，但缺乏对卫星在轨环境下太阳翼基频、控制系统、动量轮等各类因素共同作用下的工程系统的分析。例如斯祝年，刘一武等设计了步进电机自适应电流补偿驱动器解决了卫星姿态高精度控制问题，从单一因素方面采用卫星自抗扰控制器解决太阳翼转动引起的卫星姿态扰动问题，忽略了星上偏置角动量、柔性支撑、太阳翼结构柔性的影响；现有技术中提出了针对动量轮等活动部件的不平衡力为扰动源的航天器微振动稳态时域响应分析方法，计算复频域内的模态位移响应，然后将复频域内的模态位移响应转换为稳态时域响应。但针对太阳翼这类具有大范围运动柔性附件引起的卫星姿态扰动问题，尚缺乏深入研究，导致在低轨卫星在轨运行期间多次出现太阳翼转动引起的卫星姿态扰动导致的激光终端建链失败案例。

在不改变激光终端设计的前提下，如何用最小代价调整这些参数实现激光终端连续通信效果是这类高精度卫星总体设计需要解决的重要技术问题。互联网星座卫星对星间激光通信连通率提出了极高要求，双轴太阳翼在轨转动产生的姿态扰动是影响激光终端基座运动的重要因素。太阳翼基频、太阳翼驱动机构步进电机选型及其驱动参考细分电流、控制器算法和动量轮选型及工作方式等因素均会对太阳翼转动造成的卫星姿态扰动造成影响，调整这些因素付出的代价各异。这些参数的不同调整方法和幅度意味着各异的研制难度和成本，为达到用户对星间链路稳定工作的严格要求，需要卫星为激光载荷提供稳定的工作环境。

为将太阳翼转动引起的卫星姿态扰动对激光链路稳定工作的影响降低到最小程度，确保卫星在轨运行期间星间链路激光不断链，急需解决太阳翼转动引起的卫星姿态扰动大问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，针对双轴太阳翼转动引起星上激光终端姿态扰动大、敏感参数确定和调整困难等问题，提出建立考虑轨道动力学、姿态控制算法及执行机构、太阳翼驱动机构和柔性太阳翼在内的的整星在轨多学科动力学模型，结合参数灵敏度分析和寻优解法，形成太阳翼转动对卫星姿态扰动最优解的参数确定方法，为带星间激光链路卫星总体设计优化提供解决方案。

本发明的技术方案是：一种降低太阳翼转动对卫星激光终端扰动的参数确定方法，包括：