静止轨道卫星太阳电池阵闭环对日跟踪方法及其跟踪系统技术方案

本发明专利技术提供了一种静止轨道卫星太阳电池阵闭环对日跟踪方法，包括如下步骤：S1、计算太阳跟踪角：根据模拟式太阳敏感器输出的电流信号计算太阳跟踪角；S2、太阳跟踪角的滤波处理；S3、太阳阵粗对日；S4、太阳阵闭环精对日；S5、阴影期判断及控制：判断静止轨道卫星是否处于阴影期，若静止轨道卫星处于阴影期，则太阳阵转入阴影区控制模式。本发明专利技术提供的静止轨道卫星太阳电池阵闭环对日跟踪控制方法以安装在太阳阵上的模拟式太阳敏感器作为敏感器、太阳阵驱动机构作为执行机构、控制计算机作为控制器，形成星上自主反馈闭环控制系统，实现太阳阵实时精确指向太阳，可应用于我国静止轨道卫星平台研制研发过程。

Closed loop tracking method and tracking system of solar cell array for geostationary orbit satellite

The invention provides a closed-loop solar cell array day tracking method for a geostationary orbit satellite, which comprises the following steps: S1, calculating the sun tracking angle: calculating the sun tracking angle according to the current signal output by the analog sun sensor; S2, filtering processing of the sun tracking angle; S3, sun array rough day tracking; S4, sun array closed-loop fine day tracking; S5, shadow period judgment and control: judging the static state Whether the orbit satellite is in the shadow period? If the geostationary orbit satellite is in the shadow period, the solar array will turn to the shadow area control mode. The closed-loop tracking control method of the solar cell array of the geostationary orbit satellite adopts the analog solar sensor installed on the solar array as the sensor, the solar array driving mechanism as the actuator, and the control computer as the controller to form the on-board self feedback closed-loop control system, so as to realize the real-time and accurate direction of the solar array to the sun, which can be applied to the geostationary orbit satellites in China Platform development process.

【技术实现步骤摘要】
静止轨道卫星太阳电池阵闭环对日跟踪方法及其跟踪系统
本专利技术涉及空间飞行器
，具体地，涉及静止轨道卫星太阳电池阵闭环对日跟踪方法及其跟踪系统。
技术介绍
传统的静止轨道卫星采用开环跟踪方式或增量调整+保持方式实现太阳阵对日跟踪控制。在开环跟踪方式下，控制计算机以固定转速驱动太阳阵，但由于太阳阵驱动机构转速细分能力有限，太阳阵驱动速度与太阳绕卫星旋转存在一定偏差，长时间积累后必须要地面中断业务流程进行遥控操作来调整太阳阵跟踪角度。在增量调整+保持方式下，控制计算机以测量或计算得到的太阳跟踪角作为输入，当太阳跟踪角超出阈值时采用增量模式调整太阳阵转角，在太阳跟踪角达到设计指标时太阳阵停转保持，由于轨道角速度达到15°/h，若使太阳阵对日定向达到较高精度需要频繁进行增量、停转的切换，而太阳阵增量、停转切换过程产生的加减速会对卫星姿态造成影响，不利于卫星观测业务的运行。随着太阳探测需求的提出，越来越多的静止轨道卫星将太阳探测仪器安装于卫星太阳阵上，通过太阳阵对日跟踪来实现太阳探测仪器的对日定向，在对地观测的同时实现对日探测。太阳探测仪器的对日指向精度通常达到10′级，这对太阳阵对日跟踪的精度和稳定度都提出了很高的要求，传统的开环对日跟踪及增量调整+保持方式存在跟踪精度不足或频繁中断业务流程的缺陷，难以实现太阳阵高精度稳定对日跟踪功能。经过对现有技术的检索，专利申请公开号为CN105620794A的专利技术专利公开了一种可靠太阳帆板自主跟踪太阳控制方法，包括如下步骤：步骤一、根据卫星轨道系下太阳矢量，计算帆板需要转动目标转角，所述太阳矢量通过太阳模式和卫星位置计算得到；步骤二、根据帆板当前转动目标转角和绝对转角，计算帆板转动角度偏差，通过归一化判断，找到帆板转动最小路径，包括转动方向和转动角度；步骤三、按照帆板对日控制精度要求，根据当前角度位置偏差设计合理控制策略，控制帆板以不同工作模式转动，避免帆板频繁停转和帆板不同模式切换带来对姿态和驱动机构寿命的影响。但是该方法未阐述静止轨道卫星根据敏感器测量值通过转速调节控制实现太阳阵精确对日的方法。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种静止轨道卫星太阳电池阵闭环对日跟踪方法及其跟踪系统。根据本专利技术提供的静止轨道卫星太阳电池阵闭环对日跟踪方法，包括如下步骤：S1、计算太阳跟踪角：根据模拟式太阳敏感器输出的电流信号计算太阳跟踪角；S2、太阳跟踪角的滤波处理：通过平滑滤波加野值剔除的方法提取步骤S1中太阳跟踪角计算结果中的有效信息；其中，太阳跟踪角输入信号平滑滤波过程计算方法如下：S3、太阳阵粗对日：以步骤S2提取的太阳跟踪角有效信息作为输入量，驱动太阳阵进行大角速度搜索，实现太阳阵粗对日；S4、太阳阵闭环精对日：将太阳阵由大角速度搜索模式切入小角速度跟踪模式，以模拟式太阳敏感器作为敏感器，太阳阵驱动机构作为执行机构形成反馈控制回路，实现太阳阵闭环精对日定向；S5、阴影期判断及控制：判断静止轨道卫星是否处于阴影期，若静止轨道卫星处于阴影期，则太阳阵转入阴影区控制模式。进一步地，所述步骤S1中，模拟式太阳敏感器由太阳电池片及光栏组成，太阳电池片的输出电流随照射感光面积不同发生改变，通过AD采样将太阳电池片输出的电流信号转化为数字量，然后转化为太阳跟踪角。具体计算方法如下：根据物理关系将太阳电池片输出的电流值转化为太阳跟踪角，如下式：式中，ia、ib、ic、id分别为模拟式太阳敏感器4块太阳电池片输出电流，Igate为模拟式太阳敏感器4块电池片电流和的最小可用门限，当4块电池片的电流和大于该门限时按照上述第一个公式解算太阳跟踪角，当电池片的电流和小于该门限时认为太阳已经出太阳敏感器视场，太阳敏感器输出结果为K为太阳跟踪角计算系数，可通过地面测试进行标定，缺省值为1。进一步地，所述步骤S1中，太阳跟踪角为太阳阵法线与太阳矢量间的夹角,其中，太阳矢量为由地球重心指向太阳重心的单位矢量。进一步地，太阳阵以±0.6°/s的角速度快速搜索太阳，使太阳跟踪角进入[θ0-R2,θ0+R2]区间内，实现太阳阵粗对日定向，其中，θ0为太阳跟踪角的目标角度，R2为太阳跟踪角粗对日定向门限，当太阳跟踪角进入该门限时，认为太阳阵已经捕获到太阳，实现粗对日定向；进一步地，所述步骤S4中，当太阳跟踪角连续10个控制周期均捕获到太阳，将太阳阵由大角速度搜索模式切入小角速度跟踪模式。进一步地，所述步骤S5中，静止轨道卫星是否处于阴影期的判断方法是，分别计算静止轨道卫星的星—地—日夹角、星—月—日夹角、地影门限和月影门限，当星—地—日夹角大于地影门限并且星—月—日夹角大于月影门限时，静止轨道卫星位于阴影区。具体计算方法如下：S51、通过下式计算卫星星—地—日夹角：式中，AngSat_Earth_Sun为星—地—日夹角，为地心到卫星矢量，为地心到太阳矢量。S52、通过下式计算地影门限：式中，UmbraGate为地影门限，Rearth为地球半径，Rsun为太阳半径，Rsat_earth为星地距离，Rearth_sun为日地距离。S53、通过下式计算卫星星—月—日夹角：式中，AngSat_Moon_Sun为星—月—日夹角，为月球到卫星矢量，为月球到太阳矢量。S54、通过下式计算月影门限：式中，EclipseGate为月影门限，Rmoon为月球半径，Rsun为太阳半径，Rsat_moon为星月距离，Rmoon_sun为月日距离。S55、当AngSat_Earth_Sun>UmbraGate||AngSat_Moon_Sun>EclipseGate成立时，则卫星位于阴影区。进一步地，所述步骤S5中，当卫星位于阴影期时，阴影区控制模式为：若上一控制周期太阳阵处于大角速度搜索模式，将太阳阵切入小角速度跟踪模式；若上一控制周期太阳阵处于小角速度跟踪模式，保持上一控制周期的跟踪角速度。本专利技术还提供一种静止轨道卫星太阳电池阵闭环对日跟踪系统，包括以下模块：太阳跟踪角计算模块：根据模拟式太阳敏感器输出的电流信号计算太阳跟踪角；太阳跟踪角滤波处理模块：通过平滑滤波加野值剔除的方法提取太阳跟踪角计算模块中的有效信息；太阳阵粗对日模块：用于将太阳跟踪角滤波处理模块提取的太阳跟踪角有效信息作为输入量，驱动太阳阵进行大角速度搜索，实现太阳阵粗对日；太阳阵闭环精对日模块：用于将太阳阵由大角速度搜索模式切入小角速度跟踪模式，以模拟式太阳敏感器作为敏感器，太阳阵驱动机构作为执行机构形成反馈控制回路，实现太阳阵闭环精对日定向；阴影期判断及控制模块：用于判断静止轨道卫星是否处于阴影期，若静止轨道卫星处于阴影期，则太阳阵转入阴影区控制模式。进一步地，所述太阳跟踪角计算模块中，模拟式太阳敏感器由太阳电池片及光栏组成，太阳电池片的输出电流随照射感光面积不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种静止轨道卫星太阳电池阵闭环对日跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、计算太阳跟踪角：根据模拟式太阳敏感器输出的电流信号计算太阳跟踪角；/nS2、太阳跟踪角的滤波处理：通过平滑滤波加野值剔除的方法提取步骤S1中太阳跟踪角计算结果中的有效信息；/nS3、太阳阵粗对日：以步骤S2提取的太阳跟踪角有效信息作为输入量，驱动太阳阵进行大角速度搜索，实现太阳阵粗对日；/nS4、太阳阵闭环精对日：将太阳阵由大角速度搜索模式切入小角速度跟踪模式，以模拟式太阳敏感器作为敏感器，太阳阵驱动机构作为执行机构形成反馈控制回路，实现太阳阵闭环精对日定向；/nS5、阴影期判断及控制：判断静止轨道卫星是否处于阴影期，若静止轨道卫星处于阴影期，则太阳阵转入阴影区控制模式。/n

【技术特征摘要】
1.一种静止轨道卫星太阳电池阵闭环对日跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、计算太阳跟踪角：根据模拟式太阳敏感器输出的电流信号计算太阳跟踪角；
S2、太阳跟踪角的滤波处理：通过平滑滤波加野值剔除的方法提取步骤S1中太阳跟踪角计算结果中的有效信息；
S3、太阳阵粗对日：以步骤S2提取的太阳跟踪角有效信息作为输入量，驱动太阳阵进行大角速度搜索，实现太阳阵粗对日；
S4、太阳阵闭环精对日：将太阳阵由大角速度搜索模式切入小角速度跟踪模式，以模拟式太阳敏感器作为敏感器，太阳阵驱动机构作为执行机构形成反馈控制回路，实现太阳阵闭环精对日定向；
S5、阴影期判断及控制：判断静止轨道卫星是否处于阴影期，若静止轨道卫星处于阴影期，则太阳阵转入阴影区控制模式。


2.根据权利要求1所述的静止轨道卫星太阳电池阵闭环对日跟踪方法，其特征在于，所述步骤S1中，模拟式太阳敏感器由太阳电池片及光栏组成，太阳电池片的输出电流随照射感光面积不同发生改变，通过AD采样将太阳电池片输出的电流信号转化为数字量，然后转化为太阳跟踪角。


3.根据权利要求1所述的静止轨道卫星太阳电池阵闭环对日跟踪方法，其特征在于，所述步骤S1中，太阳跟踪角为太阳阵法线与太阳矢量间的夹角，其中，太阳矢量为由地球重心指向太阳重心的单位矢量。


4.根据权利要求1所述的静止轨道卫星太阳电池阵闭环对日跟踪方法，其特征在于，所述步骤S3中，太阳阵以±0.6°/s的角速度快速搜索太阳，使太阳跟踪角进入[θ0-R2,θ0+R2]区间内，实现太阳阵粗对日定向，其中，θ0为太阳跟踪角的目标角度，R2为太阳跟踪角粗对日定向门限，当太阳跟踪角进入该门限时，认为太阳阵已经捕获到太阳，实现粗对日定向。


5.根据权利要求1所述的静止轨道卫星太阳电池阵闭环对日跟踪方法，其特征在于，所述步骤S4中，当太阳阵连续10个控制周期均捕获到太阳，将太阳阵由大角速度搜索模式切入小角速度跟踪模式。


6.根据权利要求1所述的静止轨道卫星太阳电池阵闭环对日跟踪方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王皓，顾强，沈毅力，曾擎，边志强，许海玉，信思博，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31