导航GEO卫星太阳辐射压力矩计算方法技术

本发明专利技术公开了一种导航GEO卫星太阳辐射压力矩计算方法，包括以下步骤，(1)获得输入条；(2)计算太阳对星本体辐射压力矩；(3)计算太阳对太阳翼辐射压力矩；(4)计算太阳对S/L天线辐射压力矩；(5)对所述星本体辐射压力矩、所述太阳翼辐射压力矩和所述天线辐射压力矩进行傅立叶拟合得到太阳辐射压力矩的傅立叶拟合系数。利用该太阳辐射压力矩的傅立叶拟合系数进行卫星总体设计，本发明专利技术针对导航GEO卫星的形状、表面材料的光学特性，考虑了部件之间的遮挡等因素并考虑了S/L天线向北偏置的角度，同时针对网孔状S/L天线建立模型，对导航GEO卫星太阳辐射压力矩进行了计算，保证了导航GEO卫星太阳辐射压力矩计算结果的精度。

Calculation method of solar radiation pressure moment for navigation GEO satellite

The invention discloses a GEO navigation satellite solar radiation pressure moment calculation method comprises the following steps: (1) obtain input; (2) to calculate the sun radiation pressure on satellite moment; (3) to calculate the sun radiation pressure on the wing moment; (4) to calculate the sun S/L antenna radiation pressure torque; (5) on the satellite, the solar radiation pressure moment of wing pressure moment and the antenna radiation radiation pressure moment Fu Liye fitting coefficient of solar radiation pressure moment Fu Liye fitting. Fu Liye fitting coefficient using the solar radiation pressure moment of satellite overall design, aiming at the satellite navigation GEO shape, surface material of the optical properties, the occlusion between the parts and the S/L antenna northward bias angle, at the same time for the mesh like S/L antenna model of GEO satellite navigation, solar radiation pressure the moment was calculated to ensure the accuracy of GEO satellite navigation, solar radiation pressure moment calculation.

【技术实现步骤摘要】
导航GEO卫星太阳辐射压力矩计算方法
本专利技术属于航天飞行器设计领域，涉及导航GEO卫星太阳辐射压力矩计算方法。
技术介绍
由于卫星导航具有覆盖区域大、作用距离远以及受自然灾害破坏小等优点，因此卫星导航得到了广泛应用。由于GEO卫星能覆盖固定区域，因此我国在区域星座中得到了应用。太阳辐射压力是导航GEO卫星定点以后长期工作期间的主要干扰力，其作用力使卫星轨道偏心率呈长周期变化。当太阳辐射压力相对应的压心和卫星质心不一致时，会产生太阳辐射压力力矩，这是影响卫星姿态运动的最主要干扰力矩。太阳辐射压力力矩与卫星的形状、表面材料的光学特性，部件之间的遮挡以及卫星位置等有关。导航GEO卫星因其使命特点，采用动量轮控制卫星姿态，动量轮会不断吸收干扰力矩，到一定程度达到转速极限就会饱和，从而丧失姿态控制能力。因此需要定期对动量轮进行卸载。为了使得动量轮卸载周期满足用户要求，卫星设计之初，需要准确知道太阳干扰力矩的大小。从以上分析可知，有必要提供导航GEO卫星太阳辐射压力矩计算方法来支持导航卫星总体设计，以支导航星座组网建设工作。一代导航GEO卫星太阳辐射压计算时考虑了卫星的形状、表面材料的光学特性，部件之间的遮挡等因素，但没有考虑S/L天线向北偏置的角度。本算法不但考虑了卫星的形状、表面材料的光学特性，部件之间的遮挡等因素，同时考虑了S/L天线向北偏置的角度(即天线反射面按右手系绕星体X轴转过的角度)，也针对网孔状S/L天线建立模型，计算结果更接近实际。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出导航GEO卫星太阳辐射压力矩计算方法，该方法针对导航GEO卫星的形状、表面材料的光学特性，考虑了部件之间的遮挡等因素并考虑了S/L天线向北偏置的角度，同时针对网孔状S/L天线建立模型，对导航GEO卫星太阳辐射压力矩进行了计算，保证了导航GEO卫星太阳辐射压力矩计算结果的精度。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案，通过以下过程实现：(1)获得输入条件，所述输入条件包括：卫星构型；卫星几何尺寸；卫星表面特性参数；卫星质心位置；太阳翼位置、尺寸和表面特性参数；S/L天线位置几何尺寸和表面特性参数；(2)根据卫星构型、几何尺寸、卫星质心以及卫星表面特性参数计算太阳对星本体辐射压力矩；星本体辐射压力矩包括星本体各个面板的辐射压力矩；所述各面板包括西面板、东面板、对地板、背地板、南面板和北面板；(3)根据卫星质心、太阳翼位置、太阳翼尺寸和表面特性参数计算太阳对太阳翼辐射压力矩；(4)根据卫星质心、S/L天线位置、S/L天线几何尺寸和表面特性参数计算太阳对S/L天线辐射压力矩，具体过程如下：对所述S/L天线进行微元划分；判断所述S/L天线受东面板的遮挡：ya＝yij+|AC|sinδ；za＝zij+|AC|cosδcosα，若满足：-l2＜ya＜l1，-l5＜za＜l6则存在遮挡，否则无遮挡，式中：|AC|是天线上某微元到东板上某微元的距离；xij是天线上某微元X坐标；yij是天线上某微元Y坐标；zij是天线上某微元Z坐标；ya是东板上某微元的Y坐标；za是东板上某微元的Z坐标；力矩计算：对于天线正面：存在遮挡时，Mx8＝0，My8＝0，Mz8＝0；无遮挡时，光压力矩：式中：Mx8、My8、Mz8分别是天线正面X、Y、Z轴太阳辐射压力矩；Mx(i，j)、My(i，j)、Mz(i，j)分别是微元X、Y、Z轴太阳辐射压力矩，按下式计算：Mx(i，j)＝[(P+τcosβ)(yijcosβNcosβ′+zijsinβNcosβ′)-τ(yijcosδcosα-zijsinδ)]KdΔs；My(i，j)＝[-(zijsinβ′+xijcosβ′cosβN)(P+τcosβ)-τ(zijcosδsinα-xijcosδcosα)]KdΔs；Mz(i，j)＝[(P+τcosβ)(yijsinβ′-xijsinβNcosβ′)-τ(xijsinδ-yijcosδsinα)]KdΔs，式中：Δs-微元的面积；A1、A2、A3分别是微元的X、Y、Z坐标；β′是天线平面与星体系yox平面的夹角；βN是天线向北偏置的角度；Kd是网状天线面积比例因子；对于天线背面：天线背面三轴力矩分别为：Mx9＝[-(P+τcosβ)(a2cosβ′cosβN+a3cosβ′sinβN)-τ(a2cosδcosα-a3sinδ)]KdπR2；My9＝πR2Kd[(P+τcosβ)(a3sinβ′+a1cosβ′cosβN)+τcosδ(a1cosα-a3sinα)]；Mz9＝[(P+τcosβ)(a1sinβNcosβ′-a2sinβ′)-τ(a1sinδ-a2cosδsinα)]KdπR2；(5)对所述星本体辐射压力矩、所述太阳翼辐射压力矩和所述天线辐射压力矩进行傅立叶拟合得到太阳辐射压力矩的傅立叶拟合系数。利用上述太阳辐射压力矩的傅立叶拟合系数进行卫星总体设计。进一步的，在上述步骤(2)中，采用微元分割法计算所述东面板的辐射压力矩，具体步骤为：以所述东面板一角为坐标原点，对所述东面板进行微元划分；根据所述微元确定所述东面板受所述S/L天线的遮挡情况；分别计算所述东面板的有遮挡力矩和无遮挡的光压力矩。进一步的，在上述步骤(5)中，所述傅立叶拟合以太阳在形体坐标系中的位置为自变量，将所述太阳辐射压力矩表示成傅立叶级数形式，其中包含长期项和以天为周期的项。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：本专利技术分别星本体辐射压力矩、太阳翼辐射压力矩和S/L天线辐射压力矩分别进行计算，并最终进行傅里叶拟合，从而使得获得的太阳辐射压力矩的傅立叶拟合系数可更精确的指导卫星的总体设计。本专利技术针对S/L天线的网状特点及于东面板相互遮挡的情况，采用微元划分方法分别计算S/L天线的正反两面的力矩，且在整个步骤中考虑了S/L天线向北偏置的角度，从而可保证获得更加精确的S/L天线的辐射压力矩。进一步的，针对受S/L天线遮挡的东面板，采用微元划分方法对东面板进行划分，从而可对受遮挡部分和不受遮挡部分分别计算力矩，因此，同样保证了结果的精度。本专利技术考虑了S/L网状天线的独特构型，并建立了网孔状S/L天线的辐射压力矩模型。附图说明图1为本专利技术流程图。具体实施方式参考图1所示流程图，本专利技术方法的具体步骤如下：第一步获得输入条件。计算所需输入条件主要包括：卫星构型、几何尺寸和卫星表面特性参数；卫星质心位置；太阳翼位置、尺寸和表面特性参数；S/L天线位置几何尺寸和表面特性参数，为计算太阳辐射压力矩做准备；第二步根据卫星构型、几何尺寸、卫星质心以及卫星表面特性参数计算太阳对星本体各个面板的辐射压力矩，星体东面板与S/L天线存在遮挡，为了考虑遮挡的影响，采用微元分割法计算西面板辐射压力矩。针对各面板的具体计算方法如下：(1).西面板X轴力矩：Mx1＝-τ(J2cosδcosα-J1sinδ)Y轴力矩：My1＝-PJ1-τl4J3cosδcosαZ轴力矩：Mz1＝J2P+τl4J3sinδ式中：Mx1、My1、Mz1分别是西面板X、Y、Z轴太阳辐射压力矩，X、Y、Z轴分别为卫星本体坐标系的三个方向；δ为太阳光矢量和星体系XOZ面的夹角；是法向调节常数；τ＝kcosβ[1-ρ(1-B)]；β-面元法向和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导航GEO卫星太阳辐射压力矩计算方法，包括以下步骤，(1)获得输入条件，所述输入条件包括：卫星构型；卫星几何尺寸；卫星表面特性参数；卫星质心位置；太阳翼位置、尺寸和表面特性参数；S/L天线位置几何尺寸和表面特性参数；其特征在于，还包括以下步骤：(2)根据卫星构型、几何尺寸、卫星质心以及卫星表面特性参数计算太阳对星本体辐射压力矩；星本体辐射压力矩包括星本体各个面板的辐射压力矩；所述各面板包括西面板、东面板、对地板、背地板、南面板和北面板；(3)根据卫星质心、太阳翼位置、太阳翼尺寸和表面特性参数计算太阳对太阳翼辐射压力矩；(4)根据卫星质心、S/L天线位置、S/L天线几何尺寸和表面特性参数计算太阳对S/L天线辐射压力矩，具体过程如下：对所述S/L天线进行微元划分；判断所述S/L天线受东面板的遮挡：

【技术特征摘要】
1.一种导航GEO卫星太阳辐射压力矩计算方法，包括以下步骤，(1)获得输入条件，所述输入条件包括：卫星构型；卫星几何尺寸；卫星表面特性参数；卫星质心位置；太阳翼位置、尺寸和表面特性参数；S/L天线位置几何尺寸和表面特性参数；其特征在于，还包括以下步骤：(2)根据卫星构型、几何尺寸、卫星质心以及卫星表面特性参数计算太阳对星本体辐射压力矩；星本体辐射压力矩包括星本体各个面板的辐射压力矩；所述各面板包括西面板、东面板、对地板、背地板、南面板和北面板；(3)根据卫星质心、太阳翼位置、太阳翼尺寸和表面特性参数计算太阳对太阳翼辐射压力矩；(4)根据卫星质心、S/L天线位置、S/L天线几何尺寸和表面特性参数计算太阳对S/L天线辐射压力矩，具体过程如下：对所述S/L天线进行微元划分；判断所述S/L天线受东面板的遮挡：ya＝yij+|AC|sinδ；za＝zij+|AC|cosδcosα，若满足：-l2<ya<l1，-l5<za<l6则存在遮挡，否则无遮挡，式中：|AC|是天线上某微元到东板上某微元的距离；xij是天线上某微元X坐标；yij是天线上某微元Y坐标；zij是天线上某微元Z坐标；ya是东板上某微元的Y坐标；za是东板上某微元的Z坐标；l1是质心到南面板距离；l2是质心到北面板距离；l3是质心到东面板距离；l5是质心到背地板距离；l6是质心到对地板距离；δ是太阳光矢量和星体系XOZ面的夹角；α是太阳光矢量在星体坐标系XOZ平面内投影与Z轴的夹角；力矩计算：对于天线正面：存在遮挡时，Mx8＝0，My8＝0，Mz8＝0；无遮挡时，光压力矩：式中：Mx8、My8、Mz8分别是天线正面X、Y、Z轴太阳辐射压力矩；Mx(i,j)、My(i,j)、Mz(i,j)分别是微元X、Y、Z轴太阳辐射压力矩，按下式计算：Mx(i,j)＝[(P+τcosβ)(yijcosβNcosβ'+zijsinβNcosβ')-τ(yijcosδcosα-zijsinδ)]KdΔs；My(i,...

【专利技术属性】
技术研发人员：高照照，杨慧，王东，张云彤，李美红，郝文宇，陈闽，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京,11