基于倾斜轨道卫星光照条件的总体优化设计方法技术

本发明专利技术提供了一种基于倾斜轨道卫星光照条件的总体优化设计方法，包括：计算步骤：由星上轨道参数递推或太阳敏感器测量得到太阳矢量，计算得到太阳高度角，以太阳高度角为参数表征整星能源供应变化和散热面变化；确定飞行方案步骤：兼顾整星能源和固定散热面设计的卫星掉头飞行方案；确定卫星飞行极性步骤：根据太阳矢量变化方向确定卫星飞行极性；确定适用性步骤：阴影区判断方法及阴影区掉头飞行方案的适应性；依据选择步骤：掉头飞行时间选择依据。本发明专利技术从整星总体优化设计角度出发，有利于整星热控设计；保证了足够光照时间，使整星能源得到平衡；固定光照面也解决了敏感器及载荷布局设计的约束。

The overall optimization design method based on the illumination condition of the tilted orbit satellite

【技术实现步骤摘要】
基于倾斜轨道卫星光照条件的总体优化设计方法
本专利技术涉及卫星总体优化设计方法领域，具体地，涉及一种基于倾斜轨道卫星光照条件的总体优化设计方法。
技术介绍
随着航天技术的不断发展，对卫星探测区域提出了更高的要求，南北低纬度区域逐渐成为探测的热点区域，为满足在较少的卫星数量下的高时间重访，倾斜轨道卫星研制需求越来越多。倾斜轨道卫星显著特征是太阳矢量与轨道平面夹角不断变化，整星光照条件复杂，星体没有固定的散热面，对整星热控设计有着较大困难，由于整星光照条件的变化，传统的固定翼单轴一维驱动的太阳帆板获得的光照时间短，不能满足能源供应需求，整星能源无法达到平衡，非固定翼二维驱动的太阳帆板驱动机构复杂，可靠性低，尚在开发研制阶段。另外，整星布局也受到限制，姿态敏感器常常受到太阳光照影响而失效，遥感类载荷无法成像。综上倾斜轨道卫星在热控分系统、电源分系统、机械布局等方面都面临着挑战。本专利技术从整星总体优化设计角度出发，提出来以太阳高度角为参数依据的掉头飞行方案，使卫星有了固定光照面和散热面，有利于整星热控设计；保证了足够光照时间，使整星能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于倾斜轨道卫星光照条件的总体优化设计方法，其特征在于，包括：/n计算步骤：由星上轨道参数递推或太阳敏感器测量得到太阳矢量，计算得到太阳高度角，以太阳高度角为参数表征整星能源供应变化和散热面变化；/n确定飞行方案步骤：兼顾整星能源和固定散热面设计的卫星掉头飞行方案；/n确定卫星飞行极性步骤：根据太阳矢量变化方向确定卫星飞行极性；/n确定适用性步骤：阴影区判断方法及阴影区掉头飞行方案的适应性；/n依据选择步骤：选择掉头飞行的时间。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于倾斜轨道卫星光照条件的总体优化设计方法，其特征在于，包括：
计算步骤：由星上轨道参数递推或太阳敏感器测量得到太阳矢量，计算得到太阳高度角，以太阳高度角为参数表征整星能源供应变化和散热面变化；
确定飞行方案步骤：兼顾整星能源和固定散热面设计的卫星掉头飞行方案；
确定卫星飞行极性步骤：根据太阳矢量变化方向确定卫星飞行极性；
确定适用性步骤：阴影区判断方法及阴影区掉头飞行方案的适应性；
依据选择步骤：选择掉头飞行的时间。


2.根据权利要求1所述的一种基于倾斜轨道卫星光照条件的总体优化设计方法，其特征在于，所述计算步骤包括：
星上轨道参数递推太阳矢量：计算儒略世纪数，相对历元J2000单位时间为T，由太阳轨道6根数得到太阳在惯性系下矢量
as＝149598022.589827
es＝0.01670862-0.00004204*T-0.00000124*T2
is＝0.409146133727251-0.000226965524811429*T-2.86040071854626e-009*T2
ws＝4.93818828588621+0.0300115182644598*T+0.00045972*T2
Ms＝6.24005996669206+628.301955132127*T-0.00980875039620813*T2
其中，as为太阳轨道高度，es为偏心率，is为倾角，ws为近地点角距，Ms为平近点角；
Es＝Ms+(es-es3/8)*sin(Ms)+1/2*es2*sin(2*Ms)+3/8*es3*sin(3*Ms)
其中，Es为偏近点角；



其中，

为太阳矢量；
Ps和Qs表达式如下：








3.根据权利要求1所述的一种基于倾斜轨道卫星光照条件的总体优化设计方法，其特征在于，所述计算步骤包括：
太阳敏感器计算得到太阳矢量：由太阳光斑在APS探测器上的坐标值，得到太阳敏感器相对于入射光线的高低角，即太阳光线矢量在太阳敏感器坐标下的表示，通过坐标转换得到惯性系下太阳矢量的表示；
太阳入射方向角θ可根据如下表达式求得：



其中：xi，yi为光斑在探测器上的坐标，x0，y0为探测器中心原点坐标，fi为太阳敏感器光阑到APS图像探测器成像面的距离；
太阳矢量在太敏坐标系下的表示为：



其中,r为光斑相对于探测器标定原点半径；
需要注意的是，太阳矢量为太阳敏感器在单机坐标系下的表示，根据单机安装方式通过坐标转换矩阵得到惯性系下太阳矢量的表示。


4.根据权利要求1所述的一种基于倾斜轨道卫星光照条件的总体优化设计方法，其特征在于，所述计算步骤包括：
在光照区星上轨道参数递推太阳矢量和太阳敏感器计算得到太阳矢量均可获得太阳矢量在阴影区仅由星上轨道参数递推太阳矢量获得太阳矢量


5.根据权利要求1所述的一种基于倾斜轨道卫星光照条件的总体优化设计方法，其特征在于，所述计算步骤包括：
太阳高度角β角定义为地球到太阳的矢量与轨道面的夹角，可根据如下公式求得：



其中，为轨道动量矢量。


6.根据权利要求1所述的一种基于倾斜轨道卫星光照条件的总体优化设计方法，其特征在于，所述计算步骤包括：
太阳高度角为参数表征整星供应变化和散热面变化：定义卫星本体坐标系ObXbYbZb，该坐标系与星体固连，为直角坐标系；Xb...

【专利技术属性】
技术研发人员：许海玉，汪自军，张宏伟，缪鹏飞，王震，朱海江，王君磊，
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