卫星控制器和卫星控制方法技术

为了减少时延对姿态控制的影响，提高姿态控制的精度，本发明专利技术提供一种卫星控制器和卫星控制方法。所述卫星控制器包括：轨道控制器、姿态敏感器、姿态控制器和姿态执行器。所述姿态控制器通过推算得到时间同步的姿态数据和轨道数据，采用所述时间同步的姿态数据和轨道数据计算卫星的当前姿态和期望姿态，根据所述当前姿态和所述期望姿态输出姿态调整量，从而使卫星达到期望姿态。本发明专利技术还应用全球卫星定位系统提高时间同步的精度，进一步减少时延的影响。本发明专利技术还通过调整任务模式处理单元、轨控模式处理单元和/或工作模式处理单元到所述姿态控制器输出姿态调整量之后运行，进一步减少姿态控制的时延。

【技术实现步骤摘要】
卫星控制器和卫星控制方法
本专利技术涉及卫星领域，尤其是卫星控制器和卫星控制方法。
技术介绍
卫星的姿态是指卫星星体在轨道上运行所处的空间指向状态。例如，通信卫星通常运行在需要它的天线始终对准地面，对地观测卫星则要求它的观测仪器的窗口始终对准地面，因此需要控制卫星姿态。卫星控制器一般包括轨道控制器、姿态敏感器、姿态调节器和姿态执行器。姿态敏感器的用于测量卫星的姿态数据，并传送给姿态控制器；姿态控制器根据姿态变化值计算出姿态调整量，并传递给姿态执行器。姿态执行器根据姿态调整量产生力矩，从而使卫星姿态恢复到正确的姿态。在卫星姿态控制过程中的时延包括：测量时延，是指姿态敏感器在测量卫星姿态变化值时产生的时延，例如星敏感器刷新频率为10Hz时，会带来大约100ms时延；计算时延，是指姿态控制器从收到姿态数据和轨道数据到输出姿态调整量的时延；执行时延，是指姿态执行器从收到姿态调整量到产生力矩时的时延。在卫星姿态控制过程中，时延影响姿态控制的精度。
技术实现思路
本法明要解决的技术问题是改进卫星控制器和卫星控制方法，减少时延对姿态控制的影响，提高姿态控制的精度。为解决该技术问题，本专利技术提供一种卫星控制器，包括：轨道控制器，被配置为探测卫星的轨道数据和控制卫星的轨道；姿态敏感器，被配置为探测卫星的姿态数据；姿态控制器，被配置为接收所述姿态数据和所述轨道数据，通过推算得到时间同步的姿态数据和轨道数据，采用所述时间同步的姿态数据和轨道数据计算卫星的当前姿态和期望姿态，根据所述当前姿态和所述期望姿态输出姿态调整量；和姿态执行器，被配置为根据所述姿态调整量输出力矩，从而使卫星达到期望姿态。进一步的，所述姿态控制器被配置为，以所述轨道数据的时间为基准或以所述姿态数据的时间为基准，通过推算得到时间同步的姿态数据和轨道数据。进一步的，所述姿态敏感器探测的姿态数据包括星敏数据，所述姿态控制器通过推算得到与所述轨道数据时间同步的星敏数据。进一步的，所述卫星控制器与至少一个全球卫星导航系统(GNSS)保持时间同步。进一步的，所述全球卫星导航系统包括全球定位系统(GPS)、北斗卫星导航系统(BDS)或格洛纳斯系统(GLONASS)。进一步的，所述卫星控制器还包括任务模式处理单元、轨控模式处理单元和/或工作模式处理单元，其配置为在所述姿态控制器输出姿态调整量之后运行。本专利技术还提供了一种卫星控制方法，包括：探测卫星的轨道数据；探测卫星的姿态数据；推算得到时间同步的姿态数据和轨道数据；采用所述时间同步的姿态数据和轨道数据计算卫星的当前姿态和期望姿态；根据所述当前姿态和所述期望姿态输出姿态调整量；和根据所述姿态调整量输出力矩，从而使卫星达到期望姿态。进一步的，所述的卫星控制方法，以所述轨道数据的时间为基准或以所述姿态数据的时间为基准，通过推算得到时间同步的姿态数据和轨道数据。进一步的，所述的卫星控制方法，包括所述卫星控制器与至少一个全球卫星导航系统保持时间同步。进一步的，所述的卫星控制方法，包括任务模式处理、轨控模式处理、和/或工作模式处理步骤，其中，将所述任务模式处理、轨控模式处理、和/或工作模式处理步骤置于输出姿态调整量之后运行。附图说明图1是本专利技术卫星控制器的一种实施方式的系统结构图；图2是本专利技术卫星控制器的一种实施方式的时延分析图；图3是本专利技术卫星控制器的应用全球卫星导航系统的一种实施方式；图4是本专利技术卫星控制器的用于减少输出姿态调整量时延的一种实施方式图5是本专利技术卫星控制方法的一种实施方式具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。在一个实施例中，如图1所示，本专利技术的卫星姿态控制器包括：轨道控制器1，被配置为探测卫星的轨道数据和控制卫星的轨道；姿态敏感器2，被配置为探测卫星的姿态数据；姿态控制器3，被配置为接收所述姿态数据和所述轨道数据，通过推算得到时间同步的姿态数据和轨道数据，采用时间同步的姿态数据和轨道数据计算卫星的当前姿态和期望姿态，根据所述当前姿态和所述期望姿态输出姿态调整量；和姿态执行器4，被配置为根据所述姿态调整量输出力矩，从而使卫星达到期望姿态。应用时间同步的姿态数据和轨道数据可以减少测量时延对姿态控制的影响。所述姿态敏感器2包括了陀螺仪21、星敏器22、磁强计23、太阳敏感器24。应当指出，所述姿态敏感器可以选择配置陀螺仪21、星敏器22、磁强计23、太阳敏感器24中至少一者，也可以包括其他探测器，例如红外地平仪、地球敏感器等用于增强姿态测量精度。所述姿态执行器4包括推力器41、反作用轮42和磁力矩器43中至少一者。应当指出，所述姿态执行器4可以选择配置推力器41、反作用轮42和磁力矩器43至少一者，也可以包括其他力矩产生器。所述姿态控制器3被配置为，以所述轨道数据的时间为基准或以所述姿态数据的时间为基准，通过推算得到时间同步的姿态数据和轨道数据。在一个实施例中，如图2所示，以所述轨道数据的时间为基准，将所述姿态控制器3收到的姿态数据推算到轨道数据时间，从而得到时间同步的轨道数据和姿态数据。在一个实施例中，所述姿态数据包括星敏感器22探测的星敏数据，星敏数据一般有100ms测量时延，而轨道数据通常有10ms的测量时延，因此所述姿态控制器3接收到的星敏数据实际上是早于接收到的轨道数据。所述姿态控制器3直接使用所述的接收到的星敏数据和轨道数据去计算，将导致得到的卫星当前姿态和期望姿态不准确，即姿态控制精度下降。因此，本专利技术配置姿态控制器3将收到的星敏数据向前推算到轨道数据对应的时间，得到时间同步的星敏数据和轨道数据，从而减少了星敏数据测量时延对姿态控制精度的影响。应当指出，也可以采用其它时间基准，例如，选取轨道数据时间和姿态数据时间中的之间的一个时间，将姿态数据和轨道数据推算到所选取的时间，从而得到时间同步的姿态数据和轨道数据。在一个实施例中，如图3所示，所述卫星控制器与至少一个全球卫星导航系统5保持时间同步。所述全球卫星导航系统5包括全球定位系统、北斗卫星导航系统或格洛纳斯系统。例如，所述卫星控制器接收全球定位系统的信号，从而保持卫星和全球定位系统的时间同步。应用全球定位系统，使卫星内部的时间与标准时间的偏差小于1微秒。高精度的时间同步将提高记录姿态数据和轨道数据的时间精度，从而提高推算时间同步的姿态数据和轨道数据的精度，从而改进姿态控制的精度。应当指出，所述全球卫星定位系统5也可以包含其他全球卫星导航系统或时钟同步系统，例如，伽利略定位系统。在一个实施例中，如图4所述，所述卫星控制器还包括任务模式处理单元s1、轨控模式处理单元s2和/或工作模式处理单元s3，其配置为在所述姿态控制器3输出姿态调整量34之后运行。通常所述任务模式处理单元s1、所述轨控模式处理单元s2和/或所述工作模式处理单元s3，在所述姿态控制器3输出姿态调整量34之前执行，这样就会导致从计算当前姿态32和计算目标姿态33到输出调整姿态量34之间的时延增加，这些时延增加也会导致姿态控制精度下降。因此，将所述任务模式处理单元s1、所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种卫星控制器，其特征在于，包括：轨道控制器，被配置为探测卫星的轨道数据和控制卫星的轨道；姿态敏感器，被配置为探测卫星的姿态数据；姿态控制器，被配置为接收所述姿态数据和所述轨道数据，通过推算得到时间同步的姿态数据和轨道数据，采用所述时间同步的姿态数据和轨道数据计算卫星的当前姿态和期望姿态，根据所述当前姿态和所述期望姿态输出姿态调整量；和姿态执行器，被配置为根据所述姿态调整量输出力矩，从而使卫星达到期望姿态。

【技术特征摘要】
1.一种卫星控制器，其特征在于，包括：轨道控制器，被配置为探测卫星的轨道数据和控制卫星的轨道；姿态敏感器，被配置为探测卫星的姿态数据；姿态控制器，被配置为接收所述姿态数据和所述轨道数据，通过推算得到时间同步的姿态数据和轨道数据，采用所述时间同步的姿态数据和轨道数据计算卫星的当前姿态和期望姿态，根据所述当前姿态和所述期望姿态输出姿态调整量；和姿态执行器，被配置为根据所述姿态调整量输出力矩，从而使卫星达到期望姿态。2.根据权利要求1所述的卫星控制器，其特征在于，所述姿态控制器被配置为，以所述轨道数据的时间为基准或以所述姿态数据的时间为基准，通过推算得到时间同步的姿态数据和轨道数据。3.根据权利要求2所述的卫星控制器，其特征在于，所述姿态敏感器探测的姿态数据包括星敏数据，所述姿态控制器通过推算得到与所述轨道数据时间同步的星敏数据。4.根据权利要求1至3任一所述的卫星控制器，其特征在于，所述卫星控制器与至少一个全球卫星导航系统保持时间同步。5.根据权利要求4所述的卫星控制器，其特征在于，所述全球卫星导航系统包括全球定位系统、北斗卫星...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志华，谢名霖，张锐，石微，梁旭文，刘会杰，程睿，万琳，
申请(专利权)人：上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：上海,31