使卫星的命令动态最小化的方法和设备技术

使卫星的命令动态最小化的方法和设备。公开了使卫星的命令动态最小化的方法、设备和制品。示例设备包括操纵律模块，该操纵律模块计算第一矢量集合以操纵航天器，并且基于将第一矢量集合投影到固定平面上来计算第二矢量集合。该设备还包括姿态控制器，该姿态控制器基于第一矢量集合和第二矢量集合来生成姿态命令以防止航天器的非计划旋转。

【技术实现步骤摘要】
使卫星的命令动态最小化的方法和设备
本公开总体上涉及轨道航天器，更具体地讲，涉及使卫星的命令动态最小化的方法和设备。
技术介绍
诸如卫星或驻留空间物体(RSO)的航天器通常利用诸如推进器和/或动量装置的致动器来维围绕天体的轨道。通常，绕地球飞行的卫星或RSO采用可展开的太阳能板来为机载电子设备供电。机载电子设备提供诸如确定感兴趣的目标的位置、确定卫星的位置等的关键功能。机载电子设备在保持太阳能板指向诸如太阳的能量源(powersource)的同时控制卫星同时指向感兴趣的目标的能力。典型的卫星通过利用使用姿态操纵律生成的命令控制推进器和/或动量装置来维持绕天体的轨道。通常，姿态操纵律涉及计算两个矢量以描述轨道的全旋转表示。当卫星追踪轨道时，两个矢量可相对于彼此改变，从而在一些情况下使两个矢量靠得更近，在其它情况下将两个矢量推得更远。当两个矢量相对于彼此改变时，由于卫星的实际限制以及影响两个矢量的计算的各种考虑因素，姿态操纵律可生成产生不期望的卫星行为的命令。
技术实现思路
一种示例设备包括操纵律模块，其计算用于操纵航天器的第一矢量集合，并且基于将第一矢量集合投影到固定平面上来计算第二矢量集合。该设备还包括姿态控制器，其基于第一矢量集合和第二矢量集合来生成姿态命令以防止航天器的非计划旋转。一种示例方法包括计算用于操纵航天器的第一矢量集合，基于将第一矢量集合投影到固定平面上来计算第二矢量集合，并且基于第一矢量集合和第二矢量集合来生成姿态命令以防止航天器的非计划旋转。一种包括指令的示例有形计算机可读存储介质，所述指令在被执行时使得机器至少计算用于操纵航天器的第一矢量集合，基于将第一矢量集合投影到固定平面上来计算第二矢量集合，并且基于第一矢量集合和第二矢量集合来生成姿态命令以防止航天器的非计划旋转。附图说明图1是可实现本文所公开的示例的示例卫星。图2是可用于实现本文所公开的示例的示例卫星制导系统。图3A、图3B和图3C示出图1的示例卫星根据典型姿态操纵律的示例轨道的示例矢量和平面。图4A、图4B和图4C示出图1的示例卫星根据本公开的技术的示例轨道的示例矢量和平面。图5是从初始轨道经由转移轨道移动到最终轨道的图1的示例卫星的示例轨道路径图。图6是代表可用于实现图2的示例卫星制导系统的示例方法的流程图。图7是代表可用于实现图2的示例卫星制导系统的另一示例方法的流程图。图8是被构造为执行机器可读指令以实现图6至图7的方法和/或图2的示例卫星制导系统的示例处理平台的框图。只要可能，贯穿附图和随附书面描述将使用相同的标号来指代相同或相似的部分。附图未按比例。具体实施方式本文公开了使卫星的命令动态最小化的方法和设备。通常，诸如卫星或驻留空间物体(RSO)的空间飞行器或航天器利用诸如推进器和/或动量装置的致动器来维持绕诸如地球的天体的轨道。例如，卫星可维持绕地球的地球同步轨道(GEO)以从另一卫星向地球上的目标(例如，洛杉矶的天线站)发送、中继和/或转发通信。卫星可通过使用利用姿态操纵律生成的命令控制卫星的推进器和/或动量装置来维持轨道。通常，姿态操纵律涉及计算两个矢量(例如，标称矢量集合)以描述卫星完成轨道的全旋转表示。这两个矢量可以是主矢量(例如，标称主矢量)和辅矢量(例如，标称辅矢量)。姿态操纵律可用于生成命令以控制卫星的姿态。如本文所用，术语“姿态”是指在空间中相对于一个或更多个天体(例如，地球、太阳等)的取向和/或位置。主矢量可以是从卫星的重心指向目标(例如，地球上的点)的矢量。辅矢量可以是从卫星的重心指向能量源(例如，来自天体的光源、太阳等)的矢量。当卫星沿着轨道移动时，两个矢量可相对于彼此改变，从而在一些情况下使两个矢量靠得更近，在其它情况下将两个矢量推得更远。当两个矢量相对于彼此改变时，由于卫星的实际限制以及两个矢量的计算中的各种考虑因素，姿态操纵律可用于生成产生不期望的卫星行为的命令。在一些示例中，姿态操纵律用于基于惯性参考系来计算两个矢量。例如，姿态操纵律可用于基于地球上的目标和太阳来计算主矢量和辅矢量，其中地球和太阳在时间上固定(即，时间无关)并且在空间上固定(即，位置无关)。例如，如果将加速度计放置在地球和/或太阳上，则该加速度计将检测到零加速度。由于惯性参考系(例如，地球、太阳等)和沿着轨道行进的卫星的周期性质，两个矢量之间的角度可产生奇点状态(singularitycondition)。如本文所用，术语“奇点状态”可以指两个矢量(例如，主矢量和辅矢量)彼此共线，并且这两个矢量的矢量叉积(cross-product)生成幅度为零的矢量的状况。例如，在轨道期间两次(例如，在绕地球的轨道期间两次)，卫星可与地球和太阳成一条线。因此，每轨道一次，由于两个矢量相对于彼此共线，所以两个矢量之间的角度可为0度。类似地，每轨道一次，由于两个矢量相对于彼此共线，所以两个矢量之间的角度可为180度。在这些时刻，可使用姿态操纵律生成幅度为零的矢量，因此产生奇点状态。在奇点状态期间，卫星的姿态操纵律可生成命令(例如，姿态命令)以使卫星以瞬时速率绕卫星的主矢量摆动(slew)180度。此外，由于卫星每一个轨道经历两次奇点状态，所以卫星每轨道两次摆动180度，从而有效地迫使每轨道绕卫星的主矢量旋转360度。例如，随着卫星的主矢量和辅矢量远离正交性，遵循由姿态操纵律生成的命令所需的速率(例如，命令速率、推力速率等)可接近无穷大。当命令接近无穷大时，姿态操纵律可在数量上导致计算出以瞬时速率进行的180度旋转。该瞬时速率可能超过卫星的操纵能力并产生不期望的命令动态。本文所公开的示例卫星控制器设备可操作以使卫星的命令动态最小化。如本文所用，术语“命令动态”是指执行利用姿态操纵律生成的命令的航天器的一个或更多个效果。例如，效果可能是卫星的有效载荷无法足够快地更新矢量(例如，主矢量、辅矢量等)以补偿瞬时速率进行的180度旋转。在另一示例中，效果可能是卫星的一个或更多个总线姿态致动器无法一直驱使姿态控制误差为零。本文所公开的示例卫星控制器设备通过在奇点出现的时间周期期间计算并使用替代(altervate)矢量集合来使卫星的命令动态最小化。另选地，示例卫星控制器设备可使用替代矢量集合和标称矢量集合(例如，标称主矢量和标称辅矢量)的组合(例如，混合)。示例卫星控制器设备可基于将卫星的主矢量和辅矢量从三维(3-D)平面投影到二维(2-D)平面来确定何时出现奇点。示例卫星控制器设备可计算与投影的矢量(例如，投影的主矢量和辅矢量)正交的矢量以及投影的矢量之间的角度。示例卫星控制器设备可确定当投影的矢量之间的角度接近0度或180度时出现奇点。本文所公开的示例卫星控制器设备计算标称矢量集合的替代矢量集合。例如，除了标称主矢量、标称辅矢量、标称法矢量等之外，卫星控制器设备还可计算替代主矢量、替代辅矢量、替代法矢量等。在标称矢量集合和替代矢量集合之间转变可通过避免卫星的非计划颠簸、旋转、摆动等而导致卫星的平滑操纵。示例卫星控制器设备可使用标称矢量集合、替代矢量的集合和/或其组合来使卫星的命令动态最小化。图1是可实现本文所公开的示例的示例卫星100。所示示例的卫星100包括卫星主体102，其包括机载处理器(例如，卫星控制器104)、电池和/或燃料箱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备，该设备包括：操纵律模块(206)，该操纵律模块(206)：计算第一矢量集合(602,604,606,608)以操纵航天器(100)；并且基于将所述第一矢量集合投影到固定平面(120)上来计算第二矢量集合(704,710)；以及姿态控制器(208)，该姿态控制器(208)基于所述第一矢量集合和所述第二矢量集合来生成姿态命令(616)以防止所述航天器的非计划旋转。

【技术特征摘要】
2017.03.22 US 15/466,2281.一种设备，该设备包括：操纵律模块(206)，该操纵律模块(206)：计算第一矢量集合(602,604,606,608)以操纵航天器(100)；并且基于将所述第一矢量集合投影到固定平面(120)上来计算第二矢量集合(704,710)；以及姿态控制器(208)，该姿态控制器(208)基于所述第一矢量集合和所述第二矢量集合来生成姿态命令(616)以防止所述航天器的非计划旋转。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一矢量集合包括从所述航天器指向惯性参考系中的目标的第一矢量以及从所述航天器指向能量源的第二矢量。3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述惯性参考系是地心惯性坐标系，并且所述能量源是来自天体的光源。4.根据权利要求2所述的设备，其中，所述第二矢量集合包括与所述第一矢量和所述第二矢量正交的第三矢量以及与所述第一矢量正交的第四矢量。5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述操纵律模块计算所述第三矢量与所述第四矢量之间的角度。6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述姿态命令基于：所述操纵律模块计算权重因子以确定所述第一矢量集合和所述第二矢量集合中的每一个对所述姿态命令的贡...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·S·吕，G·E·莱姆基，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US