一种偏置动量卫星的区域覆盖控制方法技术

本发明专利技术提供了一种偏置动量卫星的区域覆盖控制方法，包括：采用第一动量轮、第二动量轮和第三动量轮通过偏置动量控制方式执行姿态控制，其中第一动量轮和第二动量轮的标称角动量方向在卫星本体系的YOZ平面，分布在Y轴两侧，与Y轴夹角为45°；第三动量轮的标称角动量方向在Z轴，为两个V型动量轮的备份；而且采用三轴轴磁力矩器用于动量轮卸载。

【技术实现步骤摘要】
一种偏置动量卫星的区域覆盖控制方法
本专利技术涉及卫星控制领域，具体涉及一种偏置动量卫星的区域覆盖控制方法。
技术介绍
通讯卫星一般都是全球全天候提供服务的，由于载荷功率比较大，卫星所带的蓄电池和太阳翼也都比较大。为了满足全球全天候提供服务的需求，载荷是全天24小时开机，且其天线指向中心一直指向地心，太阳翼固定在卫星的±Y面上，并配置了太阳帆板驱动机构(SADA)，以驱动太阳翼使太阳电池阵法向始终指向太阳，获得最大化的光能转化为电能为蓄电池充电。但是，由于SADA非常昂贵，且一旦使用就会成为卫星可靠性中的单点故障源，造成卫星可靠度降低，因此，在商业物联网卫星的设计中也尽量避免使用SADA。在不使用SADA的情况下，除了太阳同步轨道中的晨昏轨道，其他轨道上运行的卫星在全程指地任务模式下运行，太阳电池阵所获得的太阳能都会有一定程度的下降。以太阳同步降交点地方时12：00轨道为例，卫星太阳电池阵法向指向卫星本体系-Z轴，令太阳直射太阳电池阵时产生的电流为I0，则太阳以β角斜照太阳电池阵时产生的电流则为：I0*cosβ。那么，阳照区卫星在全程指地任务模式下运行，太阳电池阵产生的平均电流为是太阳全程直照太阳电池阵的63.69％。解决能源获取量下降的方法传统上都采用增加太阳翼布片面积、提高太阳电池布片效率，从而增加太阳电池片的数量。在上述太阳电池阵产生的平均电流下降到63.69％时，需要增加的太阳电池片的数量就是原数量的50％，这一方面增加了卫星的重量，同时也增加了卫星的成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够有效降低卫星的重量和成本的偏置动量卫星的区域覆盖控制方法。根据本专利技术，提供了一种偏置动量卫星的区域覆盖控制方法包括：采用第一动量轮、第二动量轮和第三动量轮通过偏置动量控制方式执行姿态控制，其中第一动量轮和第二动量轮的标称角动量方向在卫星本体系的YOZ平面，分布在Y轴两侧，与Y轴夹角为45°；第三动量轮的标称角动量方向在Z轴，为两个V型动量轮的备份；而且采用三轴轴磁力矩器用于动量轮卸载。优选地，第一动量轮、第二动量轮和第三动量轮是40mNms的动量轮。优选地，使得指定区域内的卫星载荷开机服务，指定区域之外的其他区域内的卫星载荷关机。优选地，使得卫星在空间上在X轴和Z轴上的姿态的运动是耦合的，而且Y轴的运动与X轴和Z轴的运动是解耦的。优选地，设置卫星轨道高度为500km，轨道类型为太阳同步轨道SSO，降交点地方时为10：00，轨道倾角为97.558202°，偏心率为0.000000。优选地，控制卫星姿态使帆板法线方向对日指向以最大化获取太阳能。优选地，对于降交点地方时10：00的太阳同步轨道，在卫星设计时，太阳帆板的预置位置被设置成使得太阳帆板沿卫星本体系Y轴展出，太阳帆板上的太阳电池阵法线方向指向卫星本体系-Z轴，并向-Y轴倾斜30°。优选地，利用星载晶振计数、接收GPS或北斗授时和地面授时中的至少一种方式获取卫星上的时间。附图说明结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本专利技术有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：图1示意性地示出了运行在太阳同步轨道的卫星的示意图。需要说明的是，附图用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。具体实施方式为了使本专利技术的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本专利技术的内容进行详细描述。<太阳在卫星本体坐标系中的运动分析>对于运行在太阳同步轨道的卫星，无论其降交点地方时为何时，其重要的特点就是太阳矢量S在卫星本体坐标系Y轴(以XYZ坐标系示意)上的分量Sy不变：Sy＝S×cosθ，也就是说，太阳矢量与卫星本体坐标系Y轴的夹角θ不变。在惯性坐标系中，太阳矢量是固定不变的，而轨道坐标系则以Y轴为中心以轨道角速度ω0旋转。卫星本体坐标系在没有姿态误差的情况下与轨道坐标系完全重合，那么在卫星本体坐标系中，太阳矢量以本体系Y轴为中心轴，以太阳矢量与本体系Y轴的夹角θ，逆时针作圆锥运动，如右图1所示。太阳同步轨道轨道升交点赤经东进，且每天向东移动0.9856度，与地球绕太阳公转的方向和速率相同，卫星轨道面与太阳的空间方位就保持不变，即：轨道面与太阳矢量的夹角不变。由于轨道面与太阳矢量的夹角不随时间变化，要保持太阳电池阵法线方向指向太阳，只需要调整卫星俯仰轴姿态。在太阳同步轨道运行的低轨物联网卫星，采用偏置动量姿态控制方式是最合适的，因为陀螺罗盘效应，偏置动量下卫星的稳定性和抗干扰性均比零动量卫星好，而且，由于偏置动量下滚动和偏航的耦合运动，存在一个周期较短的章动，这种情况下滚动和偏航方向的姿态控制只需要控制一个轴就可以了，测量和执行机构都减少了一半。偏置动量控制方式的执行机构可采用V+L型动量轮构型(V型动量轮和L型动量轮的组合构型)或者其他动量轮构型，完成卫星俯仰和滚动(或偏航)两个方向的姿态控制，磁力矩器用于为动量轮卸载。<区域覆盖设计>示例设置参数如下：卫星轨道高度：500km轨道类型：太阳同步轨道SSO降交点地方时：10：00轨道倾角(°)：97.558202偏心率：0.000000姿态控制方式：偏置动量控制方式，V型动量轮和L型动量轮的组合构型，其中两个动量轮的标称角动量方向在YOZ平面，分布在Y轴两侧，与Y轴夹角为45°；另一个动量轮的标称角动量方向在Z轴，为两个V型动量轮的备份；三轴轴磁力矩器用于动量轮卸载。由于结构和成本上的限制，卫星设计上并不带帆板驱动机构(SADA)，帆板的面积和蓄电池容量也无法支撑卫星载荷全程开机服务，因此，卫星设计上采用指定区域内卫星载荷开机服务的方法，其他区域卫星载荷关机以节约能源，且控制卫星帆板法线对日指向以最大化获取太阳能，对蓄电池充电。所谓区域覆盖运行模式，即设置有效载荷开启的区域范围，在卫星即将进入指定的区域时，自主完成对地定向指向控制，保证在卫星进入指定区域时卫星处于对地指向状态，在卫星进入指定区域时开启有效载荷，完成有效载荷与地面终端的通讯，并保持在指定区域通讯不中断，在卫星驶离指定区域时自主关闭有效载荷，并控制卫星姿态完成帆板法线对日指向；卫星应至少具有同时设置3个工作区域，支持通过指令上注进行修改。默认工作区域为中国大陆地区(18°N～53.5°N，73.5°E～135°E)。<优选实施例>偏置动量下的俯仰轴机动卫星采用指定区域内卫星载荷开机服务的方法，其他区域内的卫星载荷关机以节约能源，且控制卫星姿态使帆板法线方向对日指向以最大化获取太阳能，对蓄电池充电。也就是说，卫星在指定的区域中是指地姿态，本体系Z轴指向地心，而在指定的区域外是指日姿态，本体系-Z轴指向太阳。在卫星运行的每一轨道本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种偏置动量卫星的区域覆盖控制方法，其特征在于包括：采用第一动量轮、第二动量轮和第三动量轮通过偏置动量控制方式执行姿态控制，其中第一动量轮和第二动量轮的标称角动量方向在卫星本体系的YOZ平面，分布在Y轴两侧，与Y轴夹角为45°；第三动量轮的标称角动量方向在Z轴，为两个V型动量轮的备份；而且采用三轴轴磁力矩器用于动量轮卸载。/n

【技术特征摘要】
1.一种偏置动量卫星的区域覆盖控制方法，其特征在于包括：采用第一动量轮、第二动量轮和第三动量轮通过偏置动量控制方式执行姿态控制，其中第一动量轮和第二动量轮的标称角动量方向在卫星本体系的YOZ平面，分布在Y轴两侧，与Y轴夹角为45°；第三动量轮的标称角动量方向在Z轴，为两个V型动量轮的备份；而且采用三轴轴磁力矩器用于动量轮卸载。


2.根据权利要求1所述的偏置动量卫星的区域覆盖控制方法，其特征在于，第一动量轮、第二动量轮和第三动量轮是40mNms的动量轮。


3.根据权利要求1或2所述的偏置动量卫星的区域覆盖控制方法，其特征在于，使得指定区域内的卫星载荷开机服务，指定区域之外的其他区域内的卫星载荷关机。


4.根据权利要求1或2所述的偏置动量卫星的区域覆盖控制方法，其特征在于，使得卫星在空间上在X轴和Z轴上的姿态的运动是耦合的，而且Y轴的运动与X轴和Z轴的运动是解耦的。
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【专利技术属性】
技术研发人员：吕强，
申请(专利权)人：北京国电高科科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11