【技术实现步骤摘要】
一种卫星姿态机动规划方法
本专利技术涉及一种星上实时自主姿态机动规划方法，尤其涉及一种初末角速度不为零的卫星姿态机动规划方法。
技术介绍
为了完成不同的空间任务，卫星需要由一种姿态转移到另外一个姿态，这种过程叫做姿态机动。目前卫星姿态控制所使用的执行机构包括反作用飞轮、控制力矩陀螺以及姿态控制推力器等，均存在一定的约束条件，因此为了使卫星能够在一定的约束条件下快速完成姿态机动，并在机动完成后快速稳定以尽早开始执行任务，需要对卫星的姿态机动路径进行规划来指导卫星快速平稳的完成机动。目前卫星能够在轨使用的姿态机动规划算法基本都是假设卫星的初末角速度为零，但在实际任务中，在卫星姿态机动完成后，可能还需要维持一定的角速度，这样就需要卫星先机动到位然后再将卫星角速度加速到指定的大小，会显著增加机动完成到开始执行任务之间的过渡时间。因此，如果能够使卫星在机动到位的同时角速度也满足任务的要求，则可以大大缩短每次任务耗费的时间，进一步提高卫星的能力。但是，目前能够实现末端角速度不为零的机动规划算法都是通过非线性优化算法或者大量的数值...
【技术保护点】
1.一种卫星姿态机动规划方法，其特征在于，利用四元数和三维旋转之间的关系以及四元数乘法的性质，将卫星在三维空间上的机动分解为多个一维方向上的旋转，针对分解后得到的每个一维方向上的旋转，采用解析的方法对初末角速度不为零的机动路径进行规划，将所有一维方向上的路径规划结果进行四元数运算融合，得到最终的卫星姿态机动规划结果。/n
【技术特征摘要】
1.一种卫星姿态机动规划方法，其特征在于，利用四元数和三维旋转之间的关系以及四元数乘法的性质，将卫星在三维空间上的机动分解为多个一维方向上的旋转，针对分解后得到的每个一维方向上的旋转，采用解析的方法对初末角速度不为零的机动路径进行规划，将所有一维方向上的路径规划结果进行四元数运算融合，得到最终的卫星姿态机动规划结果。
2.如权利要求1所述的卫星姿态机动规划方法，其特征在于，所述的将卫星在三维空间上的机动分解为多个一维方向上的旋转的方法包含：将姿态机动的目标四元数qf分解为q0、q1、q2三个旋转四元数；
其中，为四元数乘法，q1为完成卫星姿态到目标姿态的旋转四元数，q2为卫星加速到目标角速度的旋转四元数，q0是消除初始角速度影响的旋转四元数；
在机动过程中的任意时刻t∈[ti,tf]，卫星机动的瞬时目标四元数q(t)为：
卫星的瞬时角速度分解为：
3.如权利要求2所述的卫星姿态机动规划方法，其特征在于，所述的对初末角速度不为零的机动路径进行规划的方法包含：
通过规划q0将初始角速度ωi降低到0，求取该旋转的旋转轴n0、机动过程中任意时刻t∈[ti,tf]的瞬时角速度ω0(t)和四元数q0(t)；
q0(t)＝[cos(0.5θ0(t))n0xsin(0.5θ0(t))n0ysin(0.5θ0(t))n0zsin(0.5θ0(t))]T
通过规划q2将卫星加速到角速度ωf，求取该旋转的旋转轴n2、机动过程中任意时刻t∈[ti,tf]的瞬时角速度ω2(t)和四元数q2(t)；
q2(t)＝[cos(0.5θ2(t))n0xsin(0.5θ2(t))n0ysin(0.5θ2(t))n0zsin(0.5θ2(t))]T；
通过规划q1将卫星姿态从初始姿态qi旋转到目标姿态qf，求取该旋转的旋转轴e1、机动过程中任意时刻t∈[ti,tf]的瞬时角速度ω1(t)和四元数q1(t)；
θ1(tf)＝2acos(q10)
q1对应旋转的加速/减速时间tacc以及匀速时间tconst为：
角速度ω1(t)为：
瞬时转过的角度θ1(t)为：
对应的瞬时四元数q1(t)为：
q1(t)＝[cos(0.5θ1(t))n0xsin(0.5θ1(t))n0ysin(0.5θ1(t))n0zsin(0.5θ1(t))]T。
4.如权利要求3所述的卫星姿态机动规划方法，其特征在于，所述的将所有一维方向上的路径规划结果进行四元数运算融合的方法包含：
计算当前时刻t...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘刚，陈殿印，张泽涛，张文政，张家巍，叶立军，尹海宁，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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