空间扫描机构的角动量前馈补偿方法及补偿系统技术方案

本发明专利技术提供了一种空间扫描机构的角动量前馈补偿方法，包括以下步骤，S1、构建角动量前馈补偿模型：根据空间扫描机构的扫描运动模型构建角动量前馈补偿模型；S2、信息采集：星载计算机采集空间扫描机构的启动时刻信息和运动过程中的换向时刻信息；S3、计算输出反作用飞轮最终转速：星载计算机根据步骤S1得到的角动量前馈补偿模型，结合步骤S2的采集信息，输出反作用飞轮的最终转速，实现对空间扫描机构的角动量前馈补偿。本发明专利技术根据一类扫描相机扫描运动规律的方法的特点，针对性的设计了搭载此类载荷的遥感卫星的角动量前馈补偿方法，可以较好的提升遥感卫星成像质量。

Feedforward compensation method and compensation system of angular momentum for spatial scanning mechanism

The invention provides an angular momentum feed-forward compensation method of spatial scanning mechanism, which comprises the following steps: S1. Building the angular momentum feed-forward compensation model: building the angular momentum feed-forward compensation model according to the scanning motion model of spatial scanning mechanism; S2. Information collection: on-board computer collects the starting time information of spatial scanning mechanism and the reversing time information in the process of motion; S3. Calculation Calculate the final speed of the reaction flywheel: the onboard computer outputs the final speed of the reaction flywheel according to the angular momentum feedforward compensation model obtained in step S1, combined with the information collected in step S2, so as to realize the angular momentum feedforward compensation of the spatial scanning mechanism. According to the characteristics of the scanning motion law method of a scanning camera, the invention designes the angular momentum feedforward compensation method of the remote sensing satellite carrying such load, which can better improve the imaging quality of the remote sensing satellite.

【技术实现步骤摘要】
空间扫描机构的角动量前馈补偿方法及补偿系统
本专利技术涉及航天设备控制
，具体地，涉及空间扫描机构的角动量前馈补偿方法及补偿系统。
技术介绍
一类遥感卫星采用的相机是以扫描机构运动实现大范围的观测任务，扫描机构的运动会对遥感成像的质量带来影响，因此需要对其进行运动补偿，使卫星的姿态稳定度满足指标。这类扫描机构通常有固定的运动规律，可以通过前馈的力矩或角动量补偿对运动干扰进行抑制。经过对现有技术的检索，申请号为201811511144.8的专利技术专利公开了一种卫星动量轮在轨姿态无偏差起旋和消旋的控制方法，包括如下步骤：遥控注数设置卫星最终需要的目标角动量；管理反作用飞轮的动量，控制所述卫星在期望中心转速范围内工作；计算磁前馈力矩；将卫星控制器计算的输出力矩、磁前馈力矩、常规的解耦力矩和干扰补偿力矩合成得到三轴指令力矩控制周期内积分得到三轴卫星的指令角动量，根据卫星的安装矩阵计算得到正在使用的卫星的指令转速。该方法不适用遥感卫星的空间扫描机构的角动量前馈补偿。
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空间扫描机构的角动量前馈补偿方法及补偿系统。根据本专利技术提供的一种空间扫描机构的角动量前馈补偿方法，包括以下步骤，S1、构建角动量前馈补偿模型：根据空间扫描机构的扫描运动模型构建角动量前馈补偿模型；其中，ISM为扫描机构的绕转动轴的转动惯量，ωSM(t)为扫描机构的运动角速度随时间变化的函数，上述ISM、ωSM(t)为已知量，H(t)即为待求的设计值。ωSM(t)表达式如下其中ωmax为扫描机构运动的最大角速度，f为扫描运动加(减)速正弦曲线的频率；t1为扫描机构加速运动结束时刻，t2为扫描机构匀速运动结束时刻。S2、信息采集：星载计算机采集空间扫描机构的启动时刻信息和运动过程中的换向时刻信息；S3、计算输出反作用飞轮最终转速：星载计算机根据步骤S1得到的角动量前馈补偿模型，结合步骤S2的采集信息，输出反作用飞轮的最终转速，实现对空间扫描机构的角动量前馈补偿。进一步地，所述步骤S1中，角动量前馈补偿模型的构建方法包括：S11、将空间扫描机构的扫描运动模型表述为角动量与时间的关系式HSW＝ISM×ωSM(t)；S12、将步骤S11中的角动量与时间的关系式按照1/2正弦周期加速、减速及匀速的规律重新描述得到角动量前馈补偿模型，使得角动量前馈补偿模型中的角动量与时间轴包络的面积和空间扫描机构的角动量与时间轴包络的面积相等。进一步地，所述步骤S2中，采用感应同步器采集扫描机构运动信息，具体的信息采集方法包括：S21、采集空间扫描机构的启动时刻信息并进行编码，输出给星载计算机；S22、采集空间扫描机构运动过程中的换向时刻信息并进行编码，输出给星载计算机。进一步地，所述步骤S3中，反作用飞轮最终转速的计算方法如下：S31、根据步骤S1得到的角动量前馈补偿模型，结合步骤S2得采集到的信息，按照下式计算反作用飞轮前馈补偿转速ω：其中，H为步骤S1中的角动量前馈补偿模型实时得出的角动量，单位Nms，J为反作用飞轮的转动惯量，单位kgm2；S32、将步骤S31得到的反作用飞轮前馈补偿转速ω与反作用飞轮当前转速ω0进行叠加，输出反作用飞轮的最终转速。本专利技术还提供一种空间扫描机构的角动量前馈补偿系统，包括以下模块，角动量前馈补偿模型构建模块：根据空间扫描机构的扫描运动模型构建角动量前馈补偿模型；信息采集模块：星载计算机采集空间扫描机构的启动时刻信息和运动过程中的换向时刻信息；反作用飞轮最终转速的计算输出模块：星载计算机根据角动量前馈补偿模型构建模块得到的角动量前馈补偿模型，结合信息采集模块的采集的信息，输出反作用飞轮的最终转速，实现对空间扫描机构的角动量前馈补偿。进一步地，所述角动量前馈补偿模型构建模块中，角动量前馈补偿模型的构建方法包括：S11、将空间扫描机构的扫描运动模型表述为角动量与时间的关系式；S12、将步骤S11中的角动量与时间的关系式按照1/2正弦周期加速、减速及匀速的规律重新描述得到角动量前馈补偿模型，使得角动量前馈补偿模型中的角动量与时间轴包络的面积和空间扫描机构的角动量与时间轴包络的面积相等。进一步地，所述信息采集模块的信息采集方法包括：S21、采集空间扫描机构的启动时刻信息并进行编码，输出给星载计算机；S22、采集空间扫描机构运动过程中的换向时刻信息并进行编码，输出给星载计算机。进一步地，所述反作用飞轮最终转速的计算输出模块中，反作用飞轮最终转速的计算方法如下：S31、根据步骤S1得到的角动量前馈补偿模型，结合步骤S2得采集到的信息，按照下式计算反作用飞轮前馈补偿转速ω：其中，H为步骤S1中的角动量前馈补偿模型实时得出的角动量，单位Nms，J为反作用飞轮的转动惯量，单位kgm2；S32、将步骤S31得到的反作用飞轮前馈补偿转速ω与反作用飞轮稳态控制转速ω0进行叠加，输出反作用飞轮的最终转速。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1.本专利技术补偿方法只需借助卫星常规控制的反作用飞轮，不需要另行增加补偿轮，减少了执行机构的配置。2.本专利技术提出的角动量补偿方法相对力矩前馈补偿方法对飞轮与扫描机构的同步性要求相对降低，易于工程实现。3、本专利技术补偿方法根据一类扫描相机扫描运动规律的方法的特点，针对性的设计了搭载此类载荷的遥感卫星的角动量前馈补偿方法，可以较好的提升遥感卫星成像质量。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术获取角动量前馈补偿模型的原理图；图2为扫描机构运动特征及计算机信息采集时刻示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术针对一类采用固定扫描规律的扫描相机作为载荷的遥感卫星，设计了角动量前馈补偿方法。接下来对本专利技术做进一步详细的描述。一种空间扫描机构的角动量前馈补偿方法，包括以下步骤，S1、构建角动量前馈补偿模型：根据空间扫描机构的扫描运动模型构建角动量前馈补偿模型；其中，ISM为扫描机构的绕转动轴的转动惯量为，ωSM(t)为扫描机构的运动角速度随时间变化的函数，上述ISM、ωSM(t)为已知量，H(t)即为待求的设计值；ωSM(t)表达式如下其中ωmax为扫描机构运动的最大速度，f为扫描运动加(减)速正弦曲线的频率。角动量前馈补偿模型的构建方法包括：S11、将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间扫描机构的角动量前馈补偿方法，其特征在于，包括以下步骤，/nS1、构建角动量前馈补偿模型：根据空间扫描机构的扫描运动模型构建角动量前馈补偿模型；/nS2、信息采集：星载计算机采集空间扫描机构的启动时刻信息和运动过程中的换向时刻信息；/nS3、计算输出反作用飞轮最终转速：星载计算机根据步骤S1得到的角动量前馈补偿模型，结合步骤S2的采集信息，输出反作用飞轮的最终转速，实现对空间扫描机构的角动量前馈补偿。/n

【技术特征摘要】
1.一种空间扫描机构的角动量前馈补偿方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1、构建角动量前馈补偿模型：根据空间扫描机构的扫描运动模型构建角动量前馈补偿模型；
S2、信息采集：星载计算机采集空间扫描机构的启动时刻信息和运动过程中的换向时刻信息；
S3、计算输出反作用飞轮最终转速：星载计算机根据步骤S1得到的角动量前馈补偿模型，结合步骤S2的采集信息，输出反作用飞轮的最终转速，实现对空间扫描机构的角动量前馈补偿。


2.根据权利要求1所述的空间扫描机构的角动量前馈补偿方法，其特征在于，所述步骤S1中，角动量前馈补偿模型的构建方法包括：
S11、将空间扫描机构的扫描运动模型表述为角动量与时间的关系式；
S12、将步骤S11中的角动量与时间的关系式按照1/2正弦周期加速、减速及匀速的规律重新描述得到角动量前馈补偿模型，使得角动量前馈补偿模型中的角动量与时间轴包络的面积和空间扫描机构的角动量与时间轴包络的面积相等。


3.根据权利要求1所述的空间扫描机构的角动量前馈补偿方法，其特征在于，所述步骤S2中，信息采集方法包括：
S21、采集空间扫描机构的启动时刻信息并进行编码，输出给星载计算机；
S22、采集空间扫描机构运动过程中的换向时刻信息并进行编码，输出给星载计算机。


4.根据权利要求1所述的空间扫描机构的角动量前馈补偿方法，其特征在于，所述步骤S3中，反作用飞轮最终转速的计算方法如下：
S31、根据步骤S1得到的角动量前馈补偿模型，结合步骤S2得采集到的信息，按照下式计算反作用飞轮前馈补偿转速ω：



其中，H为步骤S1中的角动量前馈补偿模型实时得出的角动量，单位Nms，
J为反作用飞轮的转动惯量，单位kgm2；
S32、将步骤S31得到的反作用飞轮前馈补偿转速ω与反作用飞轮当前转速ω0进行叠加，输出反作用飞轮的最终转速。


5.一种空间扫描机构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩旭，俞洁，陆国平，铁琳，赵晋，陈祥，刘伟，任秉文，伍亚运，
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