本發(fā)明涉及航天器姿態(tài)測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星雙視場(chǎng)星敏感器安裝指向設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：
星敏感器作為航天器姿態(tài)測(cè)量器件，以恒星作為姿態(tài)測(cè)量參考基準(zhǔn)，與其它衛(wèi)星姿態(tài)敏感器件(太陽(yáng)敏感器、陀螺、磁強(qiáng)計(jì)等)相比具有精度高、無(wú)漂移、功耗低，并且輸出絕對(duì)姿態(tài)信息的優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的姿態(tài)敏感器。在衛(wèi)星運(yùn)行過(guò)程中，星敏感器有可能受到太陽(yáng)光或地氣光的干擾，使星敏感器的像面背景噪聲提高，影響星點(diǎn)提取的準(zhǔn)確性，甚至星點(diǎn)會(huì)被淹沒(méi)在背景雜光中，導(dǎo)致星敏感器無(wú)法正常工作。因此，星敏感器的抗雜散光問(wèn)題是目前星敏感器研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容。在星敏感器雜散光抑制方面，一方面可以通過(guò)設(shè)計(jì)星敏感器光學(xué)鏡頭、遮光罩結(jié)構(gòu)或改變遮光罩內(nèi)壁涂層材料提高星敏感器自身的抗雜散光性能，另一方面可以通過(guò)分析和優(yōu)化星敏感器在衛(wèi)星上的安裝位置來(lái)盡量避免雜散光對(duì)星敏感器的影響。相比于單視場(chǎng)星敏感器，雙視場(chǎng)星敏感器同時(shí)工作具有可測(cè)視場(chǎng)角大、精度高等優(yōu)點(diǎn)，為保證雙視場(chǎng)星敏同時(shí)正常工作，其在航天器上安裝條件更為苛刻，同時(shí)當(dāng)各視軸相互正交時(shí)，達(dá)到最高精度；即使在光照條件極為復(fù)雜的情況下，當(dāng)其中一個(gè)星敏感器受雜光影響不能正常工作時(shí)，另一個(gè)星敏感器也可作為備份星敏感器進(jìn)行工作。因此，雙視場(chǎng)星敏感器在測(cè)量精度及可靠性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，是星敏感器技術(shù)發(fā)展的重要方向。在星敏感器安裝指向方法研究方面，有許多研究機(jī)構(gòu)針對(duì)實(shí)際應(yīng)用提出了設(shè)計(jì)方法，其中，針對(duì)衛(wèi)星多種工況姿態(tài)條件，2010年航天東方紅公司提出了基于任務(wù)規(guī)劃的星敏感器安裝角度確定方法可以解決敏捷機(jī)動(dòng)工況下給定星敏感器安裝指向問(wèn)題，但該方法通過(guò)不斷調(diào)整星敏感器的安裝角度和工況條件確定出合適的星敏感器安裝角度，設(shè)計(jì)方法十分復(fù)雜，同時(shí)不能給出在不同安裝指向條件下星敏感器遮光罩最大太陽(yáng)光、地氣光遮蔽角。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星雙視場(chǎng)星敏感器安裝指向設(shè)計(jì)方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例公開(kāi)了一種太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星雙視場(chǎng)星敏感器安裝指向設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：S1：設(shè)置太陽(yáng)同步軌道參數(shù)、衛(wèi)星參數(shù)、STK軟件中HPOP阻力模型參數(shù)；S2：在STK軟件中進(jìn)行HPOP仿真，確定衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間太陽(yáng)光與衛(wèi)星本體坐標(biāo)系三軸矢量夾角，其中，對(duì)于衛(wèi)星本體坐標(biāo)系，Z軸指向地心，X軸為衛(wèi)星前進(jìn)方向，Y軸由右手定則確定，α為太陽(yáng)光與X軸夾角，β為太陽(yáng)光與Y軸夾角，γ為太陽(yáng)光與Z軸夾角；S3:根據(jù)地球半徑、大氣層高度計(jì)算確定地氣光與衛(wèi)星本體邊界夾角；S4：根據(jù)所述衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間太陽(yáng)光與衛(wèi)星本體坐標(biāo)系三軸矢量夾角，確定所述衛(wèi)星在無(wú)機(jī)動(dòng)狀態(tài)下，太陽(yáng)光相對(duì)衛(wèi)星本體坐標(biāo)系邊界數(shù)學(xué)方程；根據(jù)所述地氣光與衛(wèi)星本體邊界夾角確定所述衛(wèi)星在無(wú)機(jī)動(dòng)狀態(tài)下，地氣光相對(duì)衛(wèi)星本體坐標(biāo)系邊界數(shù)學(xué)方程；S5：設(shè)置衛(wèi)星機(jī)動(dòng)狀態(tài)下最大側(cè)擺角和俯仰角，根據(jù)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)矩陣確定所述衛(wèi)星在不同機(jī)動(dòng)狀態(tài)下太陽(yáng)光、地氣光相對(duì)衛(wèi)星本體坐標(biāo)系邊界曲線數(shù)學(xué)方程，以及各種工況條件下衛(wèi)星本體坐標(biāo)系不受雜光影響區(qū)域；S6：判斷各種工況條件下不受雜光影響區(qū)域能否滿足雙視場(chǎng)星敏感器安裝，如滿足雙視場(chǎng)星敏感器安裝條件，根據(jù)方程所述衛(wèi)星在各種工況機(jī)動(dòng)狀態(tài)下，太陽(yáng)光相對(duì)衛(wèi)星本體坐標(biāo)系邊界數(shù)學(xué)方程、地氣光相對(duì)衛(wèi)星本體坐標(biāo)系邊界數(shù)學(xué)方程，分析雜散光邊界夾角關(guān)系，確定雙視場(chǎng)星敏感器安裝條件下為避免雜散光影響星敏感器安裝指向范圍數(shù)學(xué)方程，其中ω為雙視場(chǎng)星敏感器單視場(chǎng)指向偏離YZ平面角度；如果不滿足所述雙視場(chǎng)星敏感器安裝條件，則判斷是否能夠調(diào)整衛(wèi)星工況，如果不能調(diào)整衛(wèi)星工況則進(jìn)入步驟S9；S7：根據(jù)雙視場(chǎng)星敏感器安裝平面與衛(wèi)星本體坐標(biāo)系XY平面夾角與進(jìn)動(dòng)角ω關(guān)系方程確定雙視場(chǎng)星敏感器安裝平面與衛(wèi)星本體坐標(biāo)系XY平面夾角范圍及其與進(jìn)動(dòng)角ω關(guān)系；S8：根據(jù)關(guān)系式計(jì)算太陽(yáng)光最大遮蔽角；根據(jù)關(guān)系式極值點(diǎn)z<0和極值點(diǎn)z>0計(jì)算地氣光最大遮蔽角，其中，S_max為太陽(yáng)光最大遮蔽角，E_max為地氣光最大遮蔽角，為雙視場(chǎng)星敏感器安裝平面與衛(wèi)星本體坐標(biāo)系XY平面夾角，θ為極值點(diǎn)所在指向Z平面投影線與Z軸夾角，同時(shí)，極值點(diǎn)為星敏感器不同指向太陽(yáng)光/地氣光邊界曲線在其軸線上最高投影點(diǎn)；確定雙視場(chǎng)星敏感器遮光罩最大太陽(yáng)光遮蔽角與地氣光遮蔽角關(guān)系，根據(jù)遮光罩設(shè)計(jì)原則判斷安裝區(qū)間是否滿足設(shè)計(jì)要求；若滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)結(jié)束；若不滿足設(shè)計(jì)要求，如可進(jìn)行工況調(diào)整，執(zhí)行步驟S5，重新設(shè)置衛(wèi)星機(jī)動(dòng)狀態(tài)下最大側(cè)擺角、俯仰角，如不可進(jìn)行工況調(diào)整，執(zhí)行步驟S9；以及S9：隨衛(wèi)星側(cè)擺角增大，在各種工況條件下不受雜光影響區(qū)域如不能滿足雙視場(chǎng)星敏感器安裝，雙視場(chǎng)星敏感器不能在各種工況條件下不受雜散光影響而進(jìn)行正常工作時(shí)，為保證在不同工況條件下至少有一個(gè)星敏感器可正常工作，需保證：Ⅰ在衛(wèi)星左側(cè)擺及正常工況情況下有一個(gè)星敏感器可正常工作，Ⅱ在衛(wèi)星右側(cè)擺及正常工況有一個(gè)星敏感器可正常工作。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星雙視場(chǎng)星敏感器安裝指向設(shè)計(jì)方法，可以有效解決太陽(yáng)同步軌道航天器所安裝雙視場(chǎng)星敏感器為避免雜散光影響安裝指向問(wèn)題，同時(shí)為不同安裝指向條件下雙視場(chǎng)星敏感器遮光罩最大太陽(yáng)光、地氣光遮蔽角設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星雙視場(chǎng)星敏感器安裝指向設(shè)計(jì)方法，還可以具有如下附加的技術(shù)特征：進(jìn)一步地，在步驟S1中，所述太陽(yáng)同步軌道參數(shù)包括高度h、降交點(diǎn)地方時(shí)T、在軌運(yùn)行周期t；所述衛(wèi)星參數(shù)包括衛(wèi)星質(zhì)量M、衛(wèi)星體積V；所述STK軟件中HPOP阻力模型參數(shù)包括大氣阻力Cd、太陽(yáng)光壓Cr、衛(wèi)星面質(zhì)比A/M和地磁力Kp，其中，所述衛(wèi)星面質(zhì)比A/M為1/4衛(wèi)星表面積S與質(zhì)量M的比值。進(jìn)一步地，步驟S3進(jìn)一步包括：設(shè)置地球半徑Re，大氣層高度d，根據(jù)γatm＝asin((Re+d)/h)，計(jì)算確定地氣光與衛(wèi)星本體邊界夾角γatm。進(jìn)一步地，在步驟S5中，所述衛(wèi)星的機(jī)動(dòng)狀態(tài)包括左側(cè)擺、右側(cè)擺、前仰和后仰。進(jìn)一步地，步驟S6進(jìn)一步包括：S601：所述雙視場(chǎng)星敏感器相互垂直，聯(lián)立方程與衛(wèi)星前側(cè)擺地氣光邊界曲線方程、左側(cè)擺地氣光邊界曲線方程可求解繞Z軸不同偏轉(zhuǎn)角度平面與地氣光邊界曲線交角；S602：聯(lián)立方程與衛(wèi)星右側(cè)擺太陽(yáng)光邊界曲線方程可求解繞Z軸不同偏轉(zhuǎn)角度平面與太陽(yáng)光邊界曲線交角；S603：所述雙視場(chǎng)星敏感器的安裝指向與YZ平面成η角，η角星敏感器安裝線與Z軸夾角范圍為：sinδ～sinε，其中，ε為星敏感器安裝線與相應(yīng)地氣光邊界曲線交點(diǎn)與衛(wèi)星本體坐標(biāo)系原點(diǎn)的連線與Z軸的夾角，δ為星敏感器安裝線與相應(yīng)太陽(yáng)光邊界曲線交點(diǎn)與衛(wèi)星本體坐標(biāo)系原點(diǎn)的連線與Z軸的夾角，安裝指向范圍曲線方程分別為：進(jìn)一步地，步驟S9進(jìn)一步包括：在衛(wèi)星左側(cè)擺及正常工況下，星敏感器可安裝指向區(qū)域包含：①衛(wèi)星左側(cè)擺地氣光邊界曲線到衛(wèi)星正常工況太陽(yáng)光左側(cè)邊界曲線之間，②衛(wèi)星正常工況地氣光邊界曲線到衛(wèi)星左側(cè)擺太陽(yáng)光邊界曲線之間；在衛(wèi)星右側(cè)擺及正常工況下，星敏感器可安裝指向區(qū)域包含：③衛(wèi)星正常工況地氣光邊界曲線到衛(wèi)星右側(cè)擺太陽(yáng)光邊界曲線之間，④衛(wèi)星正常工況太陽(yáng)光右側(cè)邊界曲線到衛(wèi)星右側(cè)擺地氣光邊界曲線之間；以上兩種星敏感器可安裝指向區(qū)域，在衛(wèi)星本體坐標(biāo)系YZ平面內(nèi)安裝遮光罩可達(dá)到最大太陽(yáng)光遮蔽角和最大地氣光遮蔽角；為使雙視場(chǎng)星敏感器垂直安裝，同時(shí)避免衛(wèi)星前后擺動(dòng)地氣光對(duì)星敏感器的影響，其最優(yōu)安裝區(qū)域?yàn)棰俸廷埽煌瑫r(shí)隨側(cè)擺角的不斷增大，各區(qū)域安裝區(qū)域逐漸減小，當(dāng)區(qū)域④不能滿足星敏感器安裝時(shí)，雙視場(chǎng)星敏感器最優(yōu)指向區(qū)域?yàn)棰俸廷?。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。附圖說(shuō)明本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星雙視場(chǎng)星敏感器安裝指向設(shè)計(jì)方法的流程圖；圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的太陽(yáng)光相對(duì)衛(wèi)星本體坐標(biāo)系示意圖；圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的三年在軌運(yùn)行期間太陽(yáng)光與衛(wèi)星本體坐標(biāo)系關(guān)系模型；圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的衛(wèi)星無(wú)機(jī)動(dòng)狀態(tài)下太陽(yáng)光邊界曲線與衛(wèi)星本體坐標(biāo)系關(guān)系圖；圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的衛(wèi)星無(wú)機(jī)動(dòng)狀態(tài)下地氣光邊界曲線與衛(wèi)星本體坐標(biāo)系關(guān)系圖；圖6是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的衛(wèi)星不同工況下太陽(yáng)光、地氣光邊界曲線在YZ平面投影；圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的衛(wèi)星不同工況下太陽(yáng)光、地氣光邊界曲線在XZ平面投影；圖8是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的不同安裝偏角情況下太陽(yáng)光、地氣光與Z軸夾角；圖9是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的雙視場(chǎng)星敏感器安裝指向線與Z軸夾角；圖10是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的雙視場(chǎng)安裝平面與XY平面的夾角與進(jìn)動(dòng)角關(guān)系；圖11是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的最大太陽(yáng)光、地氣光遮蔽角計(jì)算示意圖；圖12是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的星敏感器指向與太陽(yáng)光最大遮蔽角關(guān)系圖；圖13是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的雙視場(chǎng)星敏感器遮光罩最大太陽(yáng)光遮蔽角計(jì)算流程圖；圖14是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的極值點(diǎn)Z坐標(biāo)小于0時(shí)星敏感器指向與地氣光關(guān)系圖；圖15是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的極值點(diǎn)Z坐標(biāo)大于0時(shí)星敏感器指向與地氣光關(guān)系圖；圖16是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的雙視場(chǎng)星敏感器遮光罩最大地氣光遮蔽角計(jì)算流程圖；圖17是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的雙視場(chǎng)星敏感器遮光罩最大太陽(yáng)遮蔽角與最大地氣光遮蔽角的關(guān)系圖。圖18是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例太陽(yáng)同步軌道高度535km、10:30軌道衛(wèi)星在左右擺動(dòng)及前后擺動(dòng)均為45°情況下，衛(wèi)星本體坐標(biāo)系受雜散光影響及星敏安裝指向示意圖。具體實(shí)施方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。參照下面的描述和附圖，將清楚本發(fā)明的實(shí)施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中，具體公開(kāi)了本發(fā)明的實(shí)施例中的一些特定實(shí)施方式，來(lái)表示實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例的原理的一些方式，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施例的范圍不受此限制。相反，本發(fā)明的實(shí)施例包括落入所附加權(quán)利要求書(shū)的精神和內(nèi)涵范圍內(nèi)的所有變化、修改和等同物。以下結(jié)合附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星雙視場(chǎng)星敏感器安裝指向設(shè)計(jì)方法。請(qǐng)參考圖1，一種太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星雙視場(chǎng)星敏感器安裝指向設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：S1：設(shè)置太陽(yáng)同步軌道參數(shù)：包括高度h、降交點(diǎn)地方時(shí)T、在軌運(yùn)行周期t；衛(wèi)星參數(shù)：包括衛(wèi)星質(zhì)量M、衛(wèi)星體積V；STK(SatelliteToolKit)軟件中HPOP(高精度軌道預(yù)報(bào))阻力模型參數(shù)：包括大氣阻力Cd、太陽(yáng)光壓Cr、衛(wèi)星面質(zhì)比A/M、地磁力Kp，其中衛(wèi)星面質(zhì)比A/M為1/4衛(wèi)星表面積S與質(zhì)量M的比值。具體地，考慮衛(wèi)星對(duì)地成像、所受攝動(dòng)及阻力因素，本實(shí)施例設(shè)置衛(wèi)星軌道高度h為700km；同時(shí)考慮對(duì)地觀測(cè)成像，本實(shí)施例設(shè)置降交點(diǎn)地方時(shí)T為受光照較為復(fù)雜的10:30軌道；本實(shí)施例設(shè)置衛(wèi)星運(yùn)行周期t為3年。本實(shí)施例設(shè)置衛(wèi)星質(zhì)量M為20.5kg，衛(wèi)星體積V為324*360*400mm。本實(shí)施例設(shè)置大氣阻力Cd為2.2，太陽(yáng)光壓Cr為1.0，地磁力Kp為3.0，根據(jù)衛(wèi)星面質(zhì)比A/M為1/4衛(wèi)星表面積S與質(zhì)量M的比值，計(jì)算可得衛(wèi)星面質(zhì)比A/M≈0.01。S2：在STK(SatelliteToolKit)中進(jìn)行HPOP(高精度軌道預(yù)報(bào))仿真，確定衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間太陽(yáng)光與衛(wèi)星本體坐標(biāo)系三軸矢量夾角，其中，對(duì)于衛(wèi)星本體坐標(biāo)系，Z軸指向地心，X軸為衛(wèi)星前進(jìn)方向，Y軸由右手定則確定，α為太陽(yáng)光與X軸夾角，β為太陽(yáng)光與Y軸夾角，γ為太陽(yáng)光與Z軸夾角。具體地，本實(shí)施例中，對(duì)于衛(wèi)星本體坐標(biāo)系，Z軸指向地心，X軸為衛(wèi)星前進(jìn)方向，Y軸由右手定則確定，α為太陽(yáng)光與X軸夾角，β為太陽(yáng)光與Y軸夾角，γ為太陽(yáng)光與Z軸夾角，如圖2所示。根據(jù)步驟S1參數(shù)設(shè)置，本實(shí)施例通過(guò)STK軟件得出衛(wèi)星在軌運(yùn)行3年間太陽(yáng)光與衛(wèi)星本體坐標(biāo)系三軸矢量夾角，其中，太陽(yáng)光與X軸向矢量夾角余弦最大值αmax為0.9946，最小值αmin為-0.9946，因此太陽(yáng)光與X軸夾角范圍為5.9620°～174.0470°；太陽(yáng)光與Y軸向矢量夾角余弦最大值βmax為-0.0841，最小值βmin為-0.4537，因此太陽(yáng)光與Y軸夾角范圍為94.8270°～116.9830°；太陽(yáng)光與Z軸向矢量夾角余弦最大值γmax為0.4376，最小值γmin為-0.9914，因此太陽(yáng)光與Y軸夾角范圍為64.0470°～172.4730°。將各時(shí)刻太陽(yáng)光矢量方向在衛(wèi)星本體坐標(biāo)系中描述出來(lái)，如圖3所示，光點(diǎn)表示太陽(yáng)光相對(duì)于衛(wèi)星本體坐標(biāo)系原點(diǎn)的來(lái)光矢量方向。S3:設(shè)置地球半徑Re，大氣層高度d，根據(jù)γatm＝asin((Re+d)/h)，計(jì)算確定地氣光與衛(wèi)星本體邊界夾角γatm，即與Z軸正方向夾角。具體地，由于地心引力作用，幾乎全部氣體集中在離地面100公里的高度范圍內(nèi)，其中75％的大氣又集中在地面至10公里高度的對(duì)流層范圍內(nèi)。本實(shí)施例設(shè)定大氣層高度d＝100km，地球半徑Re＝6378km。根據(jù)關(guān)系式γatm＝asin((Re+d)/h)，將上述參數(shù)代入上式計(jì)算可得地氣光與衛(wèi)星本體邊界夾角(即與Z軸正方向夾角)γatm為66.24°，考慮半長(zhǎng)軸變化，本實(shí)施例采用67°(對(duì)應(yīng)659.44km)冗余設(shè)計(jì)。S4.根據(jù)步驟S2中衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間太陽(yáng)光與衛(wèi)星本體坐標(biāo)系三軸矢量夾角，確定衛(wèi)星無(wú)機(jī)動(dòng)狀態(tài)下太陽(yáng)光相對(duì)衛(wèi)星本體坐標(biāo)系邊界數(shù)學(xué)方程；根據(jù)步驟S3確定衛(wèi)星無(wú)機(jī)動(dòng)狀態(tài)下地氣光相對(duì)衛(wèi)星本體坐標(biāo)系邊界數(shù)學(xué)方程。具體地，衛(wèi)星無(wú)機(jī)動(dòng)工作狀態(tài)下，太陽(yáng)光邊界方程通過(guò)步驟S2中太陽(yáng)光與衛(wèi)星本體坐標(biāo)系各軸夾角極值確定，根據(jù)步驟S2分析，太陽(yáng)光在衛(wèi)星本體坐標(biāo)系邊界方程由兩條曲線構(gòu)成，分別如下公式，其中z<0.4376，θ1＝94.8270°，θ2＝116.9830°，如圖4。由于衛(wèi)星本體坐標(biāo)系Z軸始終指向地心，因此，衛(wèi)星無(wú)機(jī)動(dòng)狀態(tài)下地氣光邊界可通過(guò)不同軌道高度地氣光半錐角θ直接確定，地氣光在衛(wèi)星本體坐標(biāo)系邊界方程如下公式，其中θ＝67°，如圖5。S5：設(shè)置衛(wèi)星機(jī)動(dòng)狀態(tài)下最大側(cè)擺角、俯仰角，根據(jù)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)矩陣確定衛(wèi)星在不同機(jī)動(dòng)狀態(tài)下(左側(cè)擺、右側(cè)擺、前仰、后仰)太陽(yáng)光、地氣光相對(duì)衛(wèi)星本體坐標(biāo)系邊界曲線數(shù)學(xué)方程，以及各種工況條件下衛(wèi)星本體坐標(biāo)系不受雜光影響區(qū)域。具體地，本實(shí)施例定義衛(wèi)星前擺為：衛(wèi)星繞本體坐標(biāo)系繞Y軸由+X向-Z軸向偏轉(zhuǎn)，最大偏轉(zhuǎn)角為-30°；衛(wèi)星后擺為：衛(wèi)星繞本體坐標(biāo)系繞Y軸由+X向+Z軸向偏轉(zhuǎn)，最大偏轉(zhuǎn)角為30°。本實(shí)施例定義衛(wèi)星左側(cè)擺：衛(wèi)星繞本體坐標(biāo)系繞X軸由-Y向-Z軸向偏轉(zhuǎn)，最大偏轉(zhuǎn)角為30°；右側(cè)擺：衛(wèi)星繞本體坐標(biāo)系繞X軸由-Y向+Z軸向偏轉(zhuǎn)，最大偏轉(zhuǎn)角為30°。衛(wèi)星左側(cè)擺30°地氣光邊界曲線方程等價(jià)于步驟S4中地氣光邊界方程(3)繞X軸旋轉(zhuǎn)-30°，經(jīng)旋轉(zhuǎn)矩陣變換后，如下式：衛(wèi)星左側(cè)擺30°太陽(yáng)光邊界曲線方程等價(jià)于步驟S4中太陽(yáng)光邊界方程(1)、(2)繞X軸旋轉(zhuǎn)-30°，只需分析其左側(cè)邊界曲線(1)的影響，經(jīng)旋轉(zhuǎn)矩陣變換后，如下式：衛(wèi)星右側(cè)擺30°地氣光邊界曲線方程等價(jià)于步驟S4中地氣光邊界方程(3)繞X軸旋轉(zhuǎn)30°，經(jīng)旋轉(zhuǎn)矩陣變換后，如下式：衛(wèi)星右側(cè)擺30°太陽(yáng)光邊界曲線方程等價(jià)于步驟S4中太陽(yáng)光邊界方程(1)、(2)繞X軸旋轉(zhuǎn)30°，只需分析其右側(cè)邊界曲線(2)的影響，經(jīng)旋轉(zhuǎn)矩陣變換后，如下式：衛(wèi)星前擺30°地氣光邊界曲線方程等價(jià)于步驟S4中地氣光邊界方程(3)繞Y軸旋轉(zhuǎn)-30°，經(jīng)旋轉(zhuǎn)矩陣變換后，如下式：衛(wèi)星前擺30°太陽(yáng)光邊界曲線方程等價(jià)于步驟S4中太陽(yáng)光邊界方程(1)、(2)繞Y軸旋轉(zhuǎn)-30°，太陽(yáng)光相對(duì)衛(wèi)星本體坐標(biāo)系的影響區(qū)域在地氣光覆蓋范圍內(nèi)，不需分析。衛(wèi)星后擺30°地氣光邊界曲線方程等價(jià)于步驟S4中地氣光邊界方程(3)繞Y軸旋轉(zhuǎn)30°，經(jīng)旋轉(zhuǎn)矩陣變換后，如下式：衛(wèi)星后擺30°太陽(yáng)光邊界曲線方程等價(jià)于步驟S4中太陽(yáng)光邊界方程(1)、(2)繞Y軸旋轉(zhuǎn)-30°，太陽(yáng)光相對(duì)衛(wèi)星本體坐標(biāo)系的影響區(qū)域在地氣光覆蓋范圍內(nèi)，不需分析。根據(jù)步驟S4和S5上述部分對(duì)太陽(yáng)光、地氣光在各種工況下的邊界方程的提取及變換，可得出在各種工況下衛(wèi)星本體坐標(biāo)系不受太陽(yáng)光、地氣光干擾的區(qū)域，邊界曲線在衛(wèi)星本體YZ平面投影如圖6，可知不受干擾光影響區(qū)域共兩部分，夾角范圍分別為57.8°和26°。本實(shí)施例設(shè)置星敏感器視場(chǎng)角為15°，因此，57.8°范圍區(qū)域滿足雙星敏安裝條件，26°范圍區(qū)域不滿足星敏感器安裝最小條件。邊界曲線在XZ平面投影如圖7，可知不受干擾區(qū)域由衛(wèi)星左側(cè)擺地氣光邊界曲線(6)、衛(wèi)星右側(cè)擺太陽(yáng)光邊界曲線(5)、衛(wèi)星后側(cè)擺地氣光邊界曲線(9)和衛(wèi)星前側(cè)擺地氣光邊界曲線(8)構(gòu)成。S6.根據(jù)方程與步驟S4、S5確定的邊界方程，分析雜散光邊界夾角關(guān)系，確定雙視場(chǎng)星敏感器安裝條件下為避免雜散光影響星敏感器安裝指向范圍數(shù)學(xué)方程，其中ω為雙視場(chǎng)星敏感器單視場(chǎng)指向偏離YZ平面角度；如果不滿足雙視場(chǎng)星敏感器安裝條件，則判斷是否能夠調(diào)整衛(wèi)星工況，如果不能調(diào)整衛(wèi)星工況則進(jìn)入步驟S9。具體地，本實(shí)施例雙視場(chǎng)星敏感器相互垂直，為使雙視場(chǎng)星敏感器在衛(wèi)星各種工況下不受雜散光影響可同時(shí)正常工作，雙視場(chǎng)星敏感器單視場(chǎng)指向偏離YZ平面ω與球面交線方程為：聯(lián)立方程(10)與衛(wèi)星前側(cè)擺地氣光邊界曲線方程(8)、左側(cè)擺地氣光邊界曲線方程(6)可求解繞Z軸不同偏轉(zhuǎn)角度平面與地氣光邊界曲線交角；同時(shí)，聯(lián)立方程(10)與衛(wèi)星右側(cè)擺太陽(yáng)光邊界曲線方程(5)可求解繞Z軸不同偏轉(zhuǎn)角度平面與太陽(yáng)光邊界曲線交角，如圖8。隨著星敏感器指向繞Z軸偏離衛(wèi)星本體坐標(biāo)系YZ平面角度的增大，太陽(yáng)光邊界曲線與地氣光邊界曲線夾角逐漸減小。因此，星敏感器安裝指向與YZ平面夾角η為45°，45°星敏安裝線與Z軸夾角范圍sinδ～sinε為：sin(-41.01°)～sin(2.696°)，如圖9。45°雙星敏安裝指向范圍曲線方程分別為：S7.根據(jù)雙視場(chǎng)星敏感器安裝平面與衛(wèi)星本體坐標(biāo)系XY平面夾角與進(jìn)動(dòng)角ω關(guān)系方程確定雙視場(chǎng)星敏感器安裝平面與衛(wèi)星本體坐標(biāo)系XY平面夾角范圍及其與進(jìn)動(dòng)角ω關(guān)系。具體地，根據(jù)雙視場(chǎng)星敏感器安裝平面與XY平面夾角與進(jìn)動(dòng)角ω關(guān)系方程：計(jì)算可得：①雙視場(chǎng)星敏感器安裝面與XY平面夾角范圍為-65°～3°，其中ω為星敏感器安裝線與YZ平面夾角，本實(shí)施例ω為45°。②雙視場(chǎng)星敏感器安裝平面與XY平面夾角為0°時(shí)，星敏感器指向所在繞Z軸旋轉(zhuǎn)平面與YZ平面夾角(進(jìn)動(dòng)角)為45°，隨著安裝平面角度的增大，與YZ平面夾角(進(jìn)動(dòng)角)由45°逐漸增大到67°，如圖10。因此，隨著安裝平面角度的變化，星敏感器指向所在繞Z軸旋轉(zhuǎn)平面YZ平面夾角不斷變化。S8：根據(jù)關(guān)系式計(jì)算太陽(yáng)光最大遮蔽角；根據(jù)關(guān)系式(極值點(diǎn)z<0)和(極值點(diǎn)z>0)計(jì)算地氣光最大遮蔽角，其中，S_max為太陽(yáng)光最大遮蔽角，E_max為地氣光最大遮蔽角，為雙視場(chǎng)星敏感器安裝平面與衛(wèi)星本體坐標(biāo)系XY平面夾角，θ為極值點(diǎn)所在指向Z平面投影線與Z軸夾角，同時(shí)，極值點(diǎn)為星敏感器不同指向太陽(yáng)光/地氣光邊界曲線在其軸線上最高投影點(diǎn)。確定雙視場(chǎng)星敏感器遮光罩最大太陽(yáng)光遮蔽角與地氣光遮蔽角關(guān)系，根據(jù)遮光罩設(shè)計(jì)原則判斷安裝區(qū)間是否滿足設(shè)計(jì)要求；若滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)結(jié)束；若不滿足設(shè)計(jì)要求，執(zhí)行步驟S5，重新設(shè)置衛(wèi)星機(jī)動(dòng)狀態(tài)下最大側(cè)擺角、俯仰角。具體地，為計(jì)算星敏感器在安裝線內(nèi)不同指向遮光罩設(shè)計(jì)最大太陽(yáng)光、地氣光遮蔽角，需分析太陽(yáng)光、地氣光邊界曲線在星敏感器指向所在繞Z軸旋轉(zhuǎn)平面的投影問(wèn)題，星敏感器指向不同，其投影平面不同，同時(shí)太陽(yáng)光、地氣光邊界曲線在指向軸平面上的投影高度不同，而最大太陽(yáng)光、地氣光遮蔽角可通過(guò)安裝指向線與相應(yīng)最高點(diǎn)與原點(diǎn)連線的角度求得，如圖11。最大太陽(yáng)遮蔽角可由雙星敏安裝平面與XY平面夾角太陽(yáng)光極值點(diǎn)投影線與Z軸夾角θ求得，太陽(yáng)最大遮蔽角其關(guān)系如圖12。雙視場(chǎng)星敏感器遮光罩最大太陽(yáng)遮蔽角計(jì)算流程如圖13。與太陽(yáng)光最大遮蔽角計(jì)算類(lèi)似，地氣光最大遮蔽角也由上述關(guān)系解算得出，但地氣光最大遮蔽角的計(jì)算需對(duì)極值點(diǎn)Z坐標(biāo)數(shù)據(jù)做出判別。當(dāng)極值點(diǎn)Z坐標(biāo)小于0時(shí)，地氣光最大遮蔽角如圖14；當(dāng)極值點(diǎn)Z坐標(biāo)大于0時(shí)，地氣光最大遮蔽角如圖15。雙視場(chǎng)星敏感器遮光罩最大地氣光遮蔽角計(jì)算流程如圖16。由上計(jì)算可得在雙視場(chǎng)星敏感器指向平面與XY平面不同夾角條件下，遮光罩最大太陽(yáng)遮蔽角與最大地氣光遮蔽角的關(guān)系，如圖17。由于太陽(yáng)光強(qiáng)遠(yuǎn)高于地氣光，太陽(yáng)遮蔽角需大于地氣光遮蔽角，因此雙星敏安裝指向平面與XY平面夾角應(yīng)大于-32°，同時(shí)，本實(shí)施例星敏感器視場(chǎng)角為15°，設(shè)計(jì)地氣光遮蔽角不小于10°，由圖17可知，雙星敏安裝指向平面與XY平面夾角應(yīng)小于-11°。具體星敏感器安裝平面指向需與星敏感器遮光罩設(shè)計(jì)要求相結(jié)合。若滿足遮光罩尺寸及遮光性能設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)結(jié)束；若不滿足遮光罩尺寸及遮光性能設(shè)計(jì)要求，執(zhí)行步驟S5，適當(dāng)減小衛(wèi)星機(jī)動(dòng)狀態(tài)下最大側(cè)擺角、俯仰角。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星雙視場(chǎng)星敏感器安裝指向設(shè)計(jì)方法，可以有效解決太陽(yáng)同步軌道航天器所安裝雙視場(chǎng)星敏感器為避免雜散光(太陽(yáng)光、地氣光)影響安裝指向問(wèn)題，同時(shí)為不同安裝指向條件下雙視場(chǎng)星敏感器遮光罩最大太陽(yáng)光、地氣光遮蔽角設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。為星敏感器避免雜散光影響進(jìn)行安裝指向及設(shè)計(jì)提供了一種有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的設(shè)計(jì)方案。S9：隨衛(wèi)星側(cè)擺角增大，衛(wèi)星各種工況條件下不受雜散光影響區(qū)域逐漸減小，當(dāng)該區(qū)域不滿足視場(chǎng)星敏感器安裝條件時(shí)，雙視場(chǎng)星敏感器不能在各種工況條件下不受雜散光影響而進(jìn)行正常工作。為保證在不同工況條件下至少有一個(gè)星敏感器可正常工作，需對(duì)星敏感器指向進(jìn)行優(yōu)化。衛(wèi)星正常工況受雜散光影響區(qū)域處于衛(wèi)星左側(cè)擺及右側(cè)擺之間，當(dāng)不滿足任何工況雙視場(chǎng)星敏感器可同時(shí)工作條件時(shí)，為使星敏感器使用效率最大化，需保證：Ⅰ在衛(wèi)星左側(cè)擺及正常工況情況下有一個(gè)星敏感器可正常工作，Ⅱ在衛(wèi)星右側(cè)擺及正常工況有一個(gè)星敏感器可正常工作。在衛(wèi)星左側(cè)擺及正常工況下，星敏感器可安裝指向區(qū)域包含：①衛(wèi)星左側(cè)擺地氣光邊界曲線到衛(wèi)星正常工況太陽(yáng)光左側(cè)邊界曲線之間，②衛(wèi)星正常工況地氣光邊界曲線到衛(wèi)星左側(cè)擺太陽(yáng)光邊界曲線之間。在衛(wèi)星右側(cè)擺及正常工況下，星敏感器可安裝指向區(qū)域包含：③衛(wèi)星正常工況地氣光邊界曲線到衛(wèi)星右側(cè)擺太陽(yáng)光邊界曲線之間，④衛(wèi)星正常工況太陽(yáng)光右側(cè)邊界曲線到衛(wèi)星右側(cè)擺地氣光邊界曲線之間。以上兩種星敏感器可安裝指向區(qū)域，在衛(wèi)星本體坐標(biāo)系YZ平面內(nèi)安裝遮光罩可達(dá)到最大太陽(yáng)光遮蔽角和最大地氣光遮蔽角。為使雙視場(chǎng)星敏感器垂直安裝，同時(shí)避免衛(wèi)星前后擺動(dòng)地氣光對(duì)星敏感器的影響，其最優(yōu)安裝區(qū)域?yàn)棰俸廷堋Ｍ瑫r(shí)隨側(cè)擺角的不斷增大，各區(qū)域安裝區(qū)域逐漸減小，當(dāng)區(qū)域④不能滿足星敏感器安裝時(shí)，雙視場(chǎng)星敏感器最優(yōu)指向區(qū)域?yàn)棰俸廷?。圖18為太陽(yáng)同步軌道高度535km、10:30軌道衛(wèi)星在左右擺動(dòng)及前后擺動(dòng)均為45°情況下，衛(wèi)星本體坐標(biāo)系受雜散光影響示意圖。在衛(wèi)星左側(cè)擺及正常工況下，星敏感器安裝指向區(qū)域包含在YZ平面內(nèi)區(qū)域①及區(qū)域②；在衛(wèi)星右側(cè)擺及正常工況下，星敏感器安裝指向區(qū)域包含在YZ平面內(nèi)區(qū)域③及區(qū)域④。為使雙視場(chǎng)星敏感器垂直安裝，同時(shí)避免衛(wèi)星前后擺動(dòng)地氣光對(duì)星敏感器的影響，其最優(yōu)安裝區(qū)域?yàn)棰俸廷堋Ｍ瑫r(shí)隨側(cè)擺角的不斷增大，各區(qū)域安裝區(qū)域逐漸減小，當(dāng)區(qū)域④不能滿足星敏安裝時(shí)，雙星敏感器最優(yōu)指向區(qū)域?yàn)棰俸廷?。另外，本發(fā)明實(shí)施例的太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星雙視場(chǎng)星敏感器安裝指向設(shè)計(jì)方法的其它構(gòu)成以及作用對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言都是已知的，為了減少冗余，不做贅述。在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同限定。