專利名稱：一種采用正弦偏航導(dǎo)引律的偏航機動控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用正弦偏航導(dǎo)引律的偏航機動控制方法，可以在星上實現(xiàn)正弦形式的偏航機動，主要在非太陽同步軌道的衛(wèi)星上使用。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星帆板上鋪設(shè)有太陽能電池片，伸展開的帆板可以大大增加衛(wèi)星獲取太陽能的面積，所以帆板是絕大多數(shù)衛(wèi)星獲取太陽能的必備設(shè)備，也是衛(wèi)星在軌飛行的主要能源來源。目前我國在軌運行的衛(wèi)星除了使用固定翼帆板外，大部分采用單自由度的帆板。選用單自由度帆板的衛(wèi)星在選擇軌道時，多是選擇太陽和軌道面夾角小的太陽同步軌道，從而帆板驅(qū)動機構(gòu)在垂直軌道面方向旋轉(zhuǎn)帆板就可以令太陽直射帆板。在非太陽同步軌道下，太陽方向和軌道面夾角的變化很大，可以有90度的變化范圍。顯而易見，當(dāng)太陽垂直照射到軌道面時，垂直軌道面的帆板無論怎樣轉(zhuǎn)動都無法獲得能源。所以，配有單自由度的帆板 的非太陽同步軌道的衛(wèi)星，為了實現(xiàn)帆板法線指向太陽，需要進行衛(wèi)星的姿態(tài)機動。由于衛(wèi)星的任務(wù)多是對地球進行觀測的，需要令衛(wèi)星的某一面(例如安裝有相機等設(shè)備的一側(cè))始終朝向地面，因此常采用偏航機動模式。偏航機動模式是采用單自由度帆板的非太陽同步軌道衛(wèi)星，在太陽方向與軌道面間的夾角較大時，通過繞星體偏航軸機動和帆板轉(zhuǎn)動，使得帆板法線與太陽方向平行，達到保證能源供應(yīng)和對地指向的一種飛行模式。在現(xiàn)有偏航機動模式下，隨著太陽高度角的減小，偏航角的變化越來越集中在軌道的正午點(α為O度的點)和午夜點(α為180度的點)附近的一段范圍內(nèi)，造成在正午點和午夜點附近偏航角速度較大，采用噴氣控制時，推進劑消耗量大，采用角動量交換裝置控制(多采用此方式)時對角動量容量需求大，衛(wèi)星需要配備較大容量的角動量交換裝置，重量大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種采用正弦偏航導(dǎo)引律的偏航機動控制方法，實現(xiàn)了衛(wèi)星按照正弦形式進行偏航機動，在保證能源供應(yīng)的條件下，降低了對衛(wèi)星角動量交換裝容量的需求。本發(fā)明包括如下技術(shù)方案一種采用正弦偏航導(dǎo)引律的偏航機動控制方法，步驟如下(I)根據(jù)太陽方向在軌道系的分量計算太陽高度角β ;(2)根據(jù)太陽方向在軌道系的分量計算太陽方位角α ；(3)根據(jù)星上注入數(shù)據(jù)判斷是按照頭對日方式進行規(guī)劃，還是按照尾對日方式進行規(guī)劃，頭對日方式進入步驟(4)，尾對日方式，進入步驟(5)；(4)按照頭對日的方式進行偏航角正弦規(guī)劃，得到偏航角Vtl和偏航角速度轉(zhuǎn)入步驟⑶;(5)按尾頭對日的方式進行偏航角正弦規(guī)劃，得到偏航角Vtl和偏航角速度Po，轉(zhuǎn)入步驟⑶;(6)根據(jù)得到的偏航角Ftl和偏航角速度^計算帆板轉(zhuǎn)速&/ ；(7)根據(jù)得到的偏航角Vtl、偏航角速度^、帆板轉(zhuǎn)速^^·進行偏航角度跟蹤控制和帆板轉(zhuǎn)速控制。所述步驟(I)中根據(jù)太陽方向在軌道系的分量計算太陽高度角β按照如下公式進行如果“Is。」〉I)貝Ij: β = arcsin (-Soy/ Soy |) X Kdar否則β= arcsin (-Soy) XKdar其中Stjy為太陽方向在軌道系下Y軸的分量；Kto為從弧度轉(zhuǎn)化到度所乘的系數(shù)。所述步驟(2)中根據(jù)太陽方向在軌道系的分量計算太陽方位角α按照如下公式進行a = arctan2(-S0X,-Sj XKdar ;其中Sax為太陽方向在軌道系下X軸的分量^為太陽方向在衛(wèi)星軌道系下Z軸的分量；arctan2(y，x)函數(shù)定義如下· (
arctan —if x>Q
f
arctan -\-\-π if x < Oandy > 0
(j；) arctan2(y9x) = ^arctan — -π if x< Qandy < 0。
J
π廣
—if X = Oandy > 0
π
if X = Oandy < 0所述步驟(4)中計算偏航角Ψ(ι和偏航角速度 按照如下公式進行如果β> O. O則Ψ0= -90-(90-β) Xsin(KradX α )ψα = -Co0 X(90-β)χcos(Krad Xα)；否則ψ0= 90+(90+β) Xsin(KradX α )Ψα=ωαχ (90 + β)χ cos(Krad χ α)；其中Oci為軌道角速度的絕對值，單位為度/秒，KradS度轉(zhuǎn)化到弧度所乘的系數(shù)。所述步驟(5)中計算偏航角Ψ(ι和偏航角速度&按照如下公式進行如果β> O. O貝IJ: Ψ0 = 90-(90-β) Xsin(KradX α )W0 = -CO0 χ (90-β)χcos(Krad χ a)；否則ψ0= -90+(90+β) Xsin(KradX α )ψ0=ω0 χ (90 + β)χcos(Krad χ α)；其中Otl為軌道角速度的絕對值，單位為度/秒，KradS度轉(zhuǎn)化到弧度所乘的系數(shù)。
所述步驟(6)中計算帆板轉(zhuǎn)速^^按照如下公式進行Sbx = cos Ψ0Sox+sin Ψ0Soy
權(quán)利要求
1.一種采用正弦偏航導(dǎo)引律的偏航機動控制方法，其特征在于步驟如下 (1)根據(jù)太陽方向在軌道系的分量計算太陽高度角β; (2)根據(jù)太陽方向在軌道系的分量計算太陽方位角α； (3)根據(jù)星上注入數(shù)據(jù)判斷是按照頭對日方式進行規(guī)劃，還是按照尾對日方式進行規(guī)劃，頭對日方式進入步驟(4)，尾對日方式，進入步驟(5)； (4)按照頭對日的方式進行偏航角正弦規(guī)劃，得到偏航角Vtl和偏航角速度00，轉(zhuǎn)入步驟⑶; (5)按尾頭對日的方式進行偏航角正弦規(guī)劃,得到偏航角Ψ(!和偏航角速度Wo，轉(zhuǎn)入步驟⑶； (6)根據(jù)得到的偏航角Vtl和偏航角速度Po計算帆板轉(zhuǎn)速 ,; (J)根據(jù)得到的偏航角Ψο、偏航角速度#ο、帆板轉(zhuǎn)速&/進行偏航角度跟蹤控制和帆板轉(zhuǎn)速控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用正弦偏航導(dǎo)引律的偏航機動控制方法，其特征在于 所述步驟(I)中根據(jù)太陽方向在軌道系的分量計算太陽高度角β按照如下公式進行如果(I Stjy I > I) 貝Ij : β = arcsin (-Soy/ Soy |) X Kdar 否則β = arcsin (-Soy) XKdar 其中Stjy為太陽方向在軌道系下Y軸的分量；Kdat為從弧度轉(zhuǎn)化到度所乘的系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用正弦偏航導(dǎo)引律的偏航機動控制方法，其特征在于所述步驟(2)中根據(jù)太陽方向在軌道系的分量計算太陽方位角α按照如下公式進行 a = arctan2(-S0X, -Soz) XKdat ;其中Sox為太陽方向在軌道系下X軸的分量；S0Z為太陽方向在衛(wèi)星軌道系下Z軸的分量；arctan2(y，x)函數(shù)定義如下
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用正弦偏航導(dǎo)引律的偏航機動控制方法，其特征在于所述步驟(4)中計算偏航角Vtl和偏航角速度#0按照如下公式進行 如果β >0.0貝IJ :Ψ0 = -90-(90-β) Xsin(KradX α)Ψο = ~ω0 X(90-β)χcos(Krad XO)； 否則Ψ0 = 90+(90+β) Xsin(KradX α) (90 + β)χ cos(Krad X a)； 其中Otl為軌道角速度的絕對值，單位為度/秒，Krad為度轉(zhuǎn)化到弧度所乘的系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用正弦偏航導(dǎo)引律的偏航機動控制方法，其特征在于所述步驟(5)中計算偏航角Vtl和偏航角速度Wq按照如下公式進行 如果β >0.0 則Ψ0 = 90-(90-β) Xsin(KradX α)Ψο = -ω0 X(90-β)χ cos(Krad χ )； 否則Ψ0 = -90+(90+β) Xsin(KradX α)Ψ0 = ω0χ (90 + β)χ cosd χ α)； 其中Otl為軌道角速度的絕對值，單位為度/秒，Krad為度轉(zhuǎn)化到弧度所乘的系數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用正弦偏航導(dǎo)引律的偏航機動控制方法，其特征在于所述步驟(6)中計算帆板轉(zhuǎn)速按照如下公式進行
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用正弦偏航導(dǎo)引律的偏航機動控制方法，在飛行器偏航軸機動方法中設(shè)計了正弦偏航導(dǎo)引律，使偏航軸跟蹤一條正弦曲線，同時根據(jù)該曲線計算帆板轉(zhuǎn)速，保證在這種模式下太陽方向與帆板法線夾角最小。正弦偏航導(dǎo)引律的應(yīng)用，在保證飛行器能源的同時，降低了原偏航機動模式對角動量交換裝置容量的需求，為航天器減小角動量容量需求，降低控制系統(tǒng)重量提供了一種方法。
文檔編號G05D1/08GK102880059SQ20121038843
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月15日
發(fā)明者董文強, 張志方, 張錦江, 何英姿 申請人:北京控制工程研究所