倾斜轨道卫星单自由度太阳帆板对日定向控制方法技术

本发明专利技术公开了一种倾斜轨道卫星单自由度太阳帆板对日定向控制方法，该方法包括：根据卫星太阳高度角β，选择太阳帆板对日控制模式。当|β|≤15°时，卫星不偏航，太阳帆板驱动机构带动太阳帆板翻转。当15°＜|β|≤45°时，卫星以固定角度偏航，太阳帆板驱动机构带动太阳帆板翻转。当45°＜|β|时，卫星实时偏航，太阳帆板驱动机构带动太阳帆板翻转。本发明专利技术的倾斜轨道卫星单自由度太阳帆板对日定向控制方法，综合考虑了太阳能获取效率与姿态控制精度之间的关系，在保证太阳帆板对日性能良好的前提下，能降低能源消耗和姿轨控系统设计难度，提高卫星姿态控制精度，使卫星达到较优的综合性能。

The control method of single degree of freedom solar array for sun orientation of tilt orbit satellite

【技术实现步骤摘要】
倾斜轨道卫星单自由度太阳帆板对日定向控制方法
本专利技术涉及星载设备
，尤其涉及一种倾斜轨道卫星单自由度太阳帆板对日定向控制方法。
技术介绍
倾斜轨道卫星指的是人造卫星绕地球圆周运动的轨道与赤道之间的倾角＞0的卫星，这种卫星可对一个地方实施定点侦查，还可以进行不同纬度的气象观测。对于带单自由度太阳帆板的卫星，由于升交点赤经变化和地球公转，太阳矢量与卫星轨道面的夹角呈大角度变化，由此导致的太阳能损失较大。现有技术中，一般通过卫星做实时的偏航运动，配合太阳帆板的驱动机构带动太阳帆板转动使太阳帆板对日定向。实时的偏航机动控制虽然提高了帆板对日精度，但是也给卫星姿态带来了一定的扰动，对卫星姿态控制系统要求较高。
技术实现思路
为解决上述现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种倾斜轨道卫星单自由度太阳帆板对日定向控制方法。具体技术方案如下：一种倾斜轨道卫星单自由度太阳帆板对日定向控制方法，所述方法包括：根据卫星太阳高度角β，选择太阳帆板对日控制模式：当|β|≤15°时，卫星不偏航，太阳帆板驱动机构带动太阳帆板翻转；当15°＜|β|≤45°时，卫星以固定角度偏航，太阳帆板驱动机构带动太阳帆板翻转；当45°＜|β|时，卫星实时偏航，太阳帆板驱动机构带动太阳帆板翻转。在一种可能的设计中，卫星实时偏航时，通过下述步骤获取偏航角：根据太阳星历与卫星轨道参数，求解太阳矢量在轨道系的表示：So＝[Sox,Soy,Soz]T；若Sox＞0且Soy＞0，yaw＝atan(|Soy/Sox|)；若Sox＜0且Soy＞0，yaw＝π-atan(|Soy/Sox|)；若Sox＜0且Soy＜0，yaw＝atan(|Soy/Sox|)-π；若Sox＞0且Soy＜0，yaw＝-atan(|Soy/Sox|)；式中，yaw表示偏航角。在一种可能的设计中，所述方法还包括：根据偏航角和太阳矢量，获取中间变量Son；Son＝[cos(yaw)Sox+sin(yaw)Soy,cos(yaw)Soy-sin(yaw)Sox,Soz]T，根据中间变量Son，获取太阳帆板理论转角：若Sonx＞0且Sonz＞0，rotate＝π-atan(|Sonx/Sonz|)；若Sonx＜0且Sonz＞0，rotate＝-π+atan(Sonx/Sonz|)；若Sonx＜0且Sonz＜0，rotate＝-atan(|Sonx/Sonz|)；若Sonx＞0且Sonz＜0，rotate＝atan(|Sonx/Sonz|)；太阳帆板驱动机构根据理论转角带动太阳帆板翻转。在一种可能的设计中，太阳帆板驱动机构根据理论转角带动太阳帆板翻转，包括：根据控制精度给定控制步长；若太阳帆板理论转角与太阳帆板当前转角的差值在控制步长以内时，太阳帆板驱动机构不动作；若太阳帆板理论转角与太阳帆板当前转角的差值大于控制步长时，太阳帆板驱动机构带动太阳帆板翻转至理论转角。在一种可能的设计中，根据控制精度给定转角到位误差阈值，当太阳帆板角度与理论转角之间的差值小于转角到位误差阈值时，判定太阳帆板转动到位。在一种可能的设计中，太阳帆板理论转角在太阳帆板转动限幅值以内时，太阳帆板驱动机构带动太阳帆板翻转至理论转角；太阳帆板理论转角超过太阳帆板转动限幅值时，太阳帆板驱动机构带动太阳帆板翻转至同向限幅值。本专利技术技术方案的主要优点如下：本专利技术的倾斜轨道卫星单自由度太阳帆板对日定向控制方法，综合考虑了太阳能获取效率与姿态控制精度之间的关系，在保证太阳帆板对日性能良好的前提下，能降低能源消耗和姿轨控系统设计难度，提高姿态控制精度，使卫星达到较优的综合性能。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术一个实施例提供的倾斜轨道卫星单自由度太阳帆板对日定向控制方法流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术具体实施例及相应的附图对本专利技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。以下结合附图，详细说明本专利技术实施例提供的技术方案。本专利技术实施例提供了一种倾斜轨道卫星单自由度太阳帆板对日定向控制方法，该方法包括：根据卫星太阳高度角β，选择太阳帆板对日控制模式：当|β|≤15°时，卫星不偏航，太阳帆板驱动机构带动太阳帆板翻转，即，星体零偏航+帆板驱动机构转动模式。当卫星太阳高度角很小时，此时只需太阳帆板翻转即可使太阳帆板保持较佳的光照率。当15°＜|β|≤45°时，卫星以固定角度偏航，太阳帆板驱动机构带动太阳帆板翻转，即，星体固定偏航+帆板驱动机构转动模式。当卫星太阳高度角较小时，仅依靠太阳帆板翻转无法保持较佳的光照率，此时需要卫星以固定角度偏航，以提高对日定向效果。当45°＜|β|时，卫星实时偏航，太阳帆板驱动机构带动太阳帆板翻转，即，星体实时偏航+帆板驱动机构转动模式。当卫星太阳高度角较大时，在太阳帆板翻转的基础上，需要卫星实时偏航，来保持较佳的对日定向效果。本专利技术实施例提供的倾斜轨道卫星转角受限单自由度太阳帆板对日定向控制方法，通过卫星太阳高度角选择太阳帆板的控制模式，卫星太阳高度角在45°以内时，卫星无需偏航或进行固定偏航即可，降低了姿轨控系统设计要求，较小了能源消耗。当卫星太阳高度角大于45°时，卫星实时偏航配合太阳帆板翻版，保持良好的对日定向性能。综上，本专利技术实施例的定向控制方法，综合考虑了太阳能获取效率与姿态控制精度之间的关系，在保证太阳帆板对日性能良好的前提下，能降低能源消耗和姿轨控系统设计难度，提高姿态控制精度，使卫星达到较优的综合性能。其中，上述星体零偏航+帆板驱动机构转动模式，设置偏航角为yaw＝0°；对于星体固定偏航+帆板驱动机构转动模式，设置偏航角为yaw＝yaw_insert，yaw_insert是上注的偏航角，其为给定值；对于星体实时偏航+帆板驱动机构转动模式，通过下述步骤获取偏航角：根据太阳星历与卫星轨道参数，求解太阳矢量在轨道系的表示：So＝[Sox,Soy,Soz]T；若Sox＞0且Soy＞0，yaw＝atan(|Soy/Sox|)；若Sox＜0且Soy＞0，yaw＝π-atan(|Soy/Sox|)；若Sox＜0且Soy＜0，yaw＝-π+atan(|Soy/Sox|)；若Sox＞0且Soy＜0，yaw＝-atan(|Soy/Sox|)；式中，yaw表示偏航角。其中，上述的轨道本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种倾斜轨道卫星单自由度太阳帆板对日定向控制方法，其特征在于，所述方法包括：/n根据卫星太阳高度角β，选择太阳帆板对日定向控制模式：/n当|β|≤15°时，卫星不偏航，太阳帆板驱动机构带动太阳帆板翻转；/n当15°＜|β|≤45°时，卫星以固定角度偏航，太阳帆板驱动机构带动太阳帆板翻转；/n当45°＜|β|时，卫星实时偏航，太阳帆板驱动机构带动太阳帆板翻转。/n

【技术特征摘要】
1.一种倾斜轨道卫星单自由度太阳帆板对日定向控制方法，其特征在于，所述方法包括：
根据卫星太阳高度角β，选择太阳帆板对日定向控制模式：
当|β|≤15°时，卫星不偏航，太阳帆板驱动机构带动太阳帆板翻转；
当15°＜|β|≤45°时，卫星以固定角度偏航，太阳帆板驱动机构带动太阳帆板翻转；
当45°＜|β|时，卫星实时偏航，太阳帆板驱动机构带动太阳帆板翻转。


2.根据权利要求1所述的倾斜轨道卫星单自由度太阳帆板对日定向控制方法，其特征在于，卫星实时偏航时，通过下述步骤获取偏航角：
根据太阳星历与卫星轨道参数，求解太阳矢量在轨道系的表示：So＝[Sox,Soy,Soz]T；
若Sox＞0且Soy＞0，yaw＝atan(|Soy/Sox|)；
若Sox＜0且Soy＞0，yaw＝π-atan(|Soy/Sox|)；
若Sox＜0且Soy＜0，yaw＝-π+atan(|Soy/Sox|)；
若Sox＞0且Soy＜0，yaw＝-atan(|Soy/Sox|)；
式中，yaw表示偏航角。


3.根据权利要求2所述的倾斜轨道卫星单自由度太阳帆板对日定向控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据偏航角和太阳矢量，获取中间变量Son；
Son＝[cos(yaw)Sox+sin(yaw)Soy,cos(yaw)Soy-sin(yaw)Sox,Soz]T，
根据中间变量Son，获取太阳帆板理论转角：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：绳涛，熊亚洲，赵勇，陈利虎，杨磊，白玉铸，宋新，杨园华，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43