飞行器姿态调整方法、装置和电子设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及航空航天技术领域，提供一种飞行器姿态调整方法、装置和电子设备。飞行器姿态调整方法，包括：基于所述飞行器的姿态旋转角度和被指向空间目标在所述飞行器的载荷视场中与视场中心的夹角构建目标函数；所述飞行器的姿态旋转角度基于飞行器的旋转欧拉角矢量计算得到；基于粒子群方法对所述目标函数进行优化解搜索，得到飞行器的最优旋转欧拉角矢量；基于所述最优旋转欧拉角矢量调整所述飞行器的姿态。本发明专利技术用以解决现有技术中飞行器进行姿态调整以指向空间目标时对工质产生较大消耗，影响飞行器在轨运行寿命的缺陷。影响飞行器在轨运行寿命的缺陷。影响飞行器在轨运行寿命的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
飞行器姿态调整方法、装置和电子设备


[0001]本专利技术涉及航空航天
，尤其涉及一种飞行器姿态调整方法、装置和电子设备。

技术介绍

[0002]随着空间任务需求的不断增长，飞行器载荷越来越复杂，带转动机构的载荷越来越多地出现在发射的航天器中，负责执行如空间环境探测等各类空间任务。
[0003]针对飞行器姿态调整需求生成问题，有研究人员提出了一种针对非转动机构的载荷的飞行器姿态确定方法。该方法首先根据载荷安装位置数据，在飞行器本体坐标系下，对载荷指向进行建模，给出在飞行器本体系下的载荷指向矢量。然后计算航天器在无姿态偏置条件下，载荷指向矢量在飞行器轨道坐标系下的指向，注意到飞行器轨道系是动坐标系，坐标原点在飞行器质心。在这个步骤中需要根据无偏置姿态下的飞行器飞行方式计算飞行器本体系到轨道坐标系的转换矩阵。第三，计算被覆盖空间目标或空间位置在飞行器轨道坐标系下的空间位置矢量。最后，定义姿态旋转变量，使得在飞行器轨道坐标系下，飞行器载荷指向矢量与被覆盖空间目标或空间位置的空间位置矢量重合，从而得到飞行器的姿态旋转需求。上述方法的计算流程请参见图2所示。
[0004]如果将上述针对非转动机构的载荷的飞行器姿态确定方法用于带转动机构的载荷的飞行器姿态计算，需要将转动机构载荷的指向中心方向作为已有方法中非转动机构的载荷的指向方向，通过图2的计算过程得到姿态旋转角度实现目标指向。但是，利用该已有方法计算带转动载荷的飞行器姿态调整需求存在缺陷。
[0005]其中最主要的缺陷是，针对非转动机构的载荷的飞行器姿态确定方法计算的姿态是完全通过飞行器姿态调整完成指向空间目标的，这样会产生较大的姿态调整角度。而飞行器的姿态调整时需要消耗工质，工质由飞行器从地面携带，有限且难以在轨补充，较大的姿态调整角度将对工质产生较大消耗，对飞行器执行其它空间任务产生能量约束影响，对于利用化学燃料进行姿态调整的飞行器将直接影响飞行器在轨运行寿命。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种飞行器姿态调整方法、装置和电子设备，用以解决现有技术中飞行器进行姿态调整以指向空间目标时对工质产生较大消耗，影响飞行器在轨运行寿命的缺陷。
[0007]本专利技术提供一种飞行器姿态调整方法，包括：
[0008]基于所述飞行器的姿态旋转角度和被指向空间目标在所述飞行器的载荷视场中与视场中心的夹角构建目标函数；所述飞行器的姿态旋转角度基于飞行器的旋转欧拉角矢量计算得到；
[0009]基于粒子群方法对所述目标函数进行优化解搜索，得到飞行器的最优旋转欧拉角矢量；
[0010]基于所述最优旋转欧拉角矢量调整所述飞行器的姿态。
[0011]根据本专利技术提供的一种飞行器姿态调整方法，所述基于粒子群方法对所述目标函数进行优化解搜索，得到飞行器的最优旋转欧拉角矢量，包括：
[0012]初始化群落中每个粒子，得到每个粒子的初始旋转欧拉角矢量和搜索矢量；所述初始旋转欧拉角矢量表征所述飞行器的姿态调整参数；
[0013]重复执行以下步骤直至目标函数值满足结束条件，得到所述目标函数值对应的最优旋转欧拉角矢量：
[0014]基于所述目标函数计算群落中每个粒子的目标函数值；
[0015]基于每个粒子的所述目标函数值更新每个粒子的个体极值；基于群落中每个粒子的所述目标函数值更新群落的全局极值；
[0016]确定所述目标函数值不满足所述结束条件，基于所述每个粒子的个体极值和所述群落的全局极值对每个粒子的初始旋转欧拉角矢量进行更新。
[0017]根据本专利技术提供的一种飞行器姿态调整方法，所述基于所述飞行器的姿态旋转角度和被指向空间目标在所述飞行器的载荷视场中与视场中心的夹角构建目标函数，具体包括：
[0018]基于所述飞行器的姿态旋转角度、所述被指向空间目标在所述飞行器的载荷视场中与视场中心的夹角、所述姿态旋转角度和所述夹角分别对应的权重、以及所述飞行器进行单位角度的调整消耗的燃料构建目标函数。
[0019]根据本专利技术提供的一种飞行器姿态调整方法，所述基于所述飞行器的姿态旋转角度、所述被指向空间目标在所述飞行器的载荷视场中与视场中心的夹角、所述姿态旋转角度和所述夹角分别对应的权重、以及所述飞行器进行单位角度的调整消耗的燃料构建目标函数，通过如下公式计算：
[0020]O＝pf
fuel
α+(1
‑
p)η；
[0021]其中O表示目标函数的目标函数值，α表示在给定一组飞行器的旋转欧拉角矢量时，飞行器在空间中实际需要完成的姿态旋转角度；p表示所述姿态旋转角度α的权重；η表示完成姿态调整后，被指向空间目标在所述飞行器的载荷视场中与视场中心的夹角；(1
‑
p)表示所述夹角η的权重；f
fuel
描述飞行器进行单位角度的调整消耗的燃料。
[0022]根据本专利技术提供的一种飞行器姿态调整方法，所述基于所述每个粒子的个体极值和所述群落的全局极值对每个粒子的初始旋转欧拉角矢量进行更新，具体包括：
[0023]基于所述每个粒子的个体极值、所述群落的全局极值、所述搜索矢量、惯性因子、学习因子、均匀随机数以及所述每个粒子的初始旋转欧拉角矢量对每个粒子的搜索矢量进行更新，得到每个粒子的更新搜索矢量；
[0024]基于所述更新搜索矢量对每个粒子的初始旋转欧拉角矢量进行更新。
[0025]根据本专利技术提供的一种飞行器姿态调整方法，所述基于所述每个粒子的个体极值、所述群落的全局极值、所述搜索矢量、惯性因子、学习因子、均匀随机数以及所述每个粒子的初始旋转欧拉角矢量对每个粒子的搜索矢量进行更新，得到每个粒子的更新搜索矢量，通过如下公式计算：
[0026]u
ij
'＝ωu
ij
+c1r1(p
ij
‑
v
ij
)+c2r2(p
gj
‑
v
ij
),i＝1,2,
…
,N,j＝1,2,3；
[0027]其中，u
ij
’
表示所述更新搜索矢量；u
ij
表示所述搜索矢量；p
ij
表示所述每个粒子的
个体极值；p
gj
表示所述群落的全局极值；c1和c2表示学习因子；ω表示惯性因子；γ1和γ2表示[0，1]范围内的均匀随机数；v
ij
表示每个粒子的初始旋转欧拉角矢量；
[0028]基于所述更新搜索矢量对每个粒子的初始旋转欧拉角矢量进行更新，通过如下公式计算：
[0029]v
ij
'＝v
ij
+u
ij
',i＝1,2,
…
,N,j＝1,2,3；
[0030]其中，v
ij
’
表示每个粒子的初始旋转欧拉角矢量的更新值；u
ij
’
表示所述更新本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞行器姿态调整方法，其特征在于，包括：基于所述飞行器的姿态旋转角度和被指向空间目标在所述飞行器的载荷视场中与视场中心的夹角构建目标函数；所述飞行器的姿态旋转角度基于飞行器的旋转欧拉角矢量计算得到；基于粒子群方法对所述目标函数进行优化解搜索，得到飞行器的最优旋转欧拉角矢量；基于所述最优旋转欧拉角矢量调整所述飞行器的姿态。2.根据权利要求1所述的飞行器姿态调整方法，其特征在于，所述基于粒子群方法对所述目标函数进行优化解搜索，得到飞行器的最优旋转欧拉角矢量，包括：初始化群落中每个粒子，得到每个粒子的初始旋转欧拉角矢量和搜索矢量；所述初始旋转欧拉角矢量表征所述飞行器的姿态调整参数；重复执行以下步骤直至目标函数值满足结束条件，得到所述目标函数值对应的最优旋转欧拉角矢量：基于所述目标函数计算群落中每个粒子的目标函数值；基于每个粒子的所述目标函数值更新每个粒子的个体极值；基于群落中每个粒子的所述目标函数值更新群落的全局极值；确定所述目标函数值不满足所述结束条件，基于所述每个粒子的个体极值和所述群落的全局极值对每个粒子的初始旋转欧拉角矢量进行更新。3.根据权利要求1所述的飞行器姿态调整方法，其特征在于，所述基于所述飞行器的姿态旋转角度和被指向空间目标在所述飞行器的载荷视场中与视场中心的夹角构建目标函数，具体包括：基于所述飞行器的姿态旋转角度、所述被指向空间目标在所述飞行器的载荷视场中与视场中心的夹角、所述姿态旋转角度和所述夹角分别对应的权重、以及所述飞行器进行单位角度的调整消耗的燃料构建目标函数。4.根据权利要求3所述的飞行器姿态调整方法，其特征在于，所述基于所述飞行器的姿态旋转角度、所述被指向空间目标在所述飞行器的载荷视场中与视场中心的夹角、所述姿态旋转角度和所述夹角分别对应的权重、以及所述飞行器进行单位角度的调整消耗的燃料构建目标函数，通过如下公式计算：O＝pf
fuel
α+(1
‑
p)η；其中O表示目标函数的目标函数值，α表示在给定一组飞行器的旋转欧拉角矢量时，飞行器在空间中实际需要完成的姿态旋转角度；p表示所述姿态旋转角度α的权重；η表示完成姿态调整后，被指向空间目标在所述飞行器的载荷视场中与视场中心的夹角；(1
‑
p)表示所述夹角η的权重；f
fuel
描述飞行器进行单位角度的调整消耗的燃料。5.根据权利要求2所述的飞行器姿态调整方法，其特征在于，所述基于所述每个粒子的个体极值和所述群落的全局极值对每个粒子的初始旋转欧拉角矢量进行更新，具体包括：基于所述每个粒子的个体极值、所述群落的全局极值、所述搜索矢量、惯性因子、学习因子、均匀随机数以及所述每个粒子的初始旋转欧拉角矢量对每个粒子的搜索矢量进行更新，得到每个粒子的更新搜索矢量；基于所述更新搜索矢量对每个粒子的初始...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈旺，周晓，胡玉新，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：