一种卫星在轨自主三轴快速机动控制方法技术

一种卫星在轨自主三轴快速机动控制方法，涉及航天器姿态确定控制技术领域，解决现有卫星需要三轴机动时快速性与稳定性的矛盾问题，本发明专利技术包括期望姿态计算；三轴姿态规划和快速机动控制三个过程，通过本发明专利技术的卫星在轨自主三轴快速机动控制后，针对海上搜救、灾后广域搜救、应急地理勘察等应急任务时，保证卫星快速获取数据，同时保证成像的稳定性，获取高质量图像数据。从而提高低轨遥感卫星的成像能力，确保了在轨采集的图像数据的高时效性。确保了在轨采集的图像数据的高时效性。确保了在轨采集的图像数据的高时效性。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星在轨自主三轴快速机动控制方法


[0001]本专利技术涉及航天器姿态确定控制
，具体涉及一种卫星在轨自主三轴快速机动控制方法。

技术介绍

[0002]卫星进行海上搜救、灾后广域搜救、应急地理勘察等应急任务时，要求卫星快速的进行大角度姿态机动，而微小卫星的执行机构的力矩和角动量的大小是有限值的，卫星的角速度受限，需要在卫星约束下进行卫星的控制实现卫星的快速性。现有研究中，姿态的快速机动分为两个方向研究，一个方向为进行姿态规划，主要针对卫星仅存在侧摆机动的大角度机动情形进行姿态规划，实现卫星的快速侧摆，当卫星发生三轴机动时，不再适用。第二个方向为，设计基于欧拉轴转动的递阶饱和姿态控制律等新型控制方法，控制星体做绕欧拉轴的姿态机动，进行最短路径机动，但仍存在机动的快速性与稳定性的矛盾。
[0003]遥感卫星在轨长期运行在对日定向三轴稳定模式下，进行对地成像前，卫星需要进行三轴快速机动。根据卫星的转动惯量，执行机构的力矩与角动量约束，设计一种基于三轴姿态规划的方式，保证卫星在机动过程中旋转轴不变，为卫星的快速机动提供保证，并设计相应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星在轨自主三轴快速机动控制方法，其特征是：该方法包括以下步骤：步骤一、期望姿态计算；根据卫星的初始姿态与目标姿态，计算期望四元数并计算卫星三轴机动对应的旋转轴与旋转角；获得期望四元数q
Q
，期望旋转角θ
Q
和旋转轴方向e
n
；步骤二、三轴姿态规划；在满足卫星转动惯量I、反作用飞轮力矩T和角动量H约束下，对三轴角加速度、角速度进行限幅和约束设置，获得角加速度限值α
LG
和角速度限值ω
LG
；并保证卫星三轴大角度机动过程中旋转轴方向不变，同时设计角加速度连续的八段式姿态规划器，以所述期望旋转角度θ
Q
，角加速度限值α
LG
，角速度限值ω
LG
作为输入，角加速度生成函数定义如下：其中，Δt
A
为设定值，限定角加速度的上升时间，其值根据卫星执行机构的动态性能合理选择；Δt
B
，Δt
C
的值与期望角度θ
Q
的大小有关；通过所述姿态规划器获得实时规划角度θ∈[0，θ
Q
]、实时规划角速度和实时规划角加速度并获得规划四元数q
G
＝[cosθ；sinθe
n
]，本体系三轴规划角速度和三轴规划角加速度步骤三、快速机动控制；步骤三一、计算偏差角速度ω
E
和偏差四元数q
E
；卫星的实时姿态相对规划后的姿态的旋转四元数，即偏差四元数其中，卫星惯性系下四元数q为卫星本体坐标系相对惯性系的旋转四元数；初始四元数q
C
为卫星的初始姿态相对惯性系的旋转四元数；卫星的实时角速度与规划后的角速度的偏差在惯性系下的表示即偏差角速度
其中，轨道角速度ω
gui
为卫星轨道系相对惯性系的转动矢量在轨道系下的表示，卫星角速度ω为卫星本体系相对惯性系下的转动角速度；为轨道系相对卫星的初始姿态的旋转四元数；R(q
E
)为q
E
对应的旋转矩阵；为对应的旋转矩阵；步骤三二、将获得的偏差角速度ω
E
、偏差四元数q
E
以及三轴规划角加速度α
G
输入PD控制器，实现卫星在轨自主三轴快速机动控制；所述PD控制器设计为：u＝K
q
α
G
‑
K
P
q
E
‑
K
d
ω
E
式中，K
q
,K
P
,K
d
分别为前馈控制增益矩阵，比例控制增量矩阵和微分控制增益矩阵。2.根据权利要求1所述的一种卫星在轨自主三轴快速机动控制方法，其特征在于：步骤一的具体过程为：由四元数的定义得到，初始坐标系Oxyz相对目标坐标系Ox
’
y
’
z
’
的姿态转换表示为Φ为旋转角；卫星的目标姿态相对初始姿态的期望四元数为其中，初始四元数q
C
为卫星的初始姿态相对惯性系的旋转四元数；目标四元数q
F
为卫星的目标姿态相对惯性系的旋转四元数；由四元数的定义可知，由q
Q
的标部q
Q0...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘萌萌，李峰，钟兴，戴路，徐开，范林东，张洁，孙冰，孟祥强，
申请(专利权)人：长光卫星技术有限公司，
类型：发明
国别省市：