GEO卫星遮光罩构型优化方法及遮光罩技术

本发明专利技术提供了一种GEO卫星遮光罩构型优化方法及遮光罩，包括步骤A：建立轨道坐标系，计算太阳矢量、对地轴组合面与轨道面夹角及其最大值；步骤B：根据星上布局需求选择合适的遮光罩基本构型；步骤C：计算垂直轨道面的遮光板到相机视轴的距离；步骤D：绘制遮光板上沿曲线；步骤E：判断依上沿曲线构建的遮光板是否遮挡相机视场；步骤F：作曲线的切线，将切线作为遮光板上沿；步骤G：判断依上沿曲线的切线构建的遮光板是否遮挡相机视场。本发明专利技术无需借助光学专业仿真工具开展大规模仿真，便于卫星总体人员快速优化大视场相机及星上其他布局。员快速优化大视场相机及星上其他布局。员快速优化大视场相机及星上其他布局。

【技术实现步骤摘要】
GEO卫星遮光罩构型优化方法及遮光罩


[0001]本专利技术涉及航天
，具体地，涉及一种GEO卫星遮光罩构型优化方法及遮光罩。

技术介绍

[0002]提升探测范围和连续观测时间是遥感卫星发展的重点。随着空间探测技术和光学仪器的发展，GEO(地球静止轨道)星载仪器光学系统的视场也会不断增大。对于未来的大视场高分辨率光学系统，其遮光罩的尺寸将会远远超出火箭整流罩的空间包络。因此，相机外遮光罩需采取有效措施，保证相机符合火箭整流罩对空间的约束要求。
[0003]目前，GEO卫星多采用斜切遮光罩并配合卫星姿态调整规避太阳，同时，利用光照特点将太阳入射方向的遮光罩保留，其余方向的去除，达到减少遮光罩尺寸和重量并满足火箭要求的目的。
[0004]现有文献对遮光罩设计主要为满足相机视场和杂散光抑制需求，并未从GEO卫星在轨运行特点开展遮光罩的优化设计。若从轨道运行时的太阳入射情况和太阳规避策略出发开展设计，则不仅可以最小的遮光罩高度及横向尺寸满足任务需求和运载要求，形状还能灵活多变，解决星上布局空间不足的难题。
[0005]在洪振强、宋效正、李鉴等发表的《光学成像卫星相机的太阳保护姿控关联设计方法》(CN201810616048.3)中提出定期偏航模式下的遮光板设计方法，相比传统遮光罩尺寸大幅减少，但需卫星姿态定期偏航偏置予以配合，不利于同轨星间建链和对地遥感探测，尤其是小视场相机，应用面较窄。
[0006]在乔国栋、刘新彦、宗立森等发表的《地球静止轨道卫星具有斜切遮光罩相机实时阳光规避方法》(CN201811348795.X)中提出了“偏航
‑
俯仰联合姿态机动”策略进行太阳规避，但未涉及遮光罩的设计。
[0007]在乔国栋、刘新彦、宗立森等发表的《地球静止轨道卫星具有筒形遮光罩相机实时阳光规避方法》(CN201710879530.1)中提出“滚动”姿态机动策略进行太阳规避，同样未涉及遮光罩的设计。
[0008]在孙东华，王跃，宁晓周等发表的《一种用于地球静止轨道遥感相机的遮光罩结构》(CN201710371624.8)中提出了结构承载、导热和消光功能一体化的地球静止轨道遥感相机的遮光罩结构，同样未涉及遮光罩的设计。
[0009]在曹乃亮，董得义，柴方茂等发表的《一种用于静止轨道遥感相机可展开遮光罩装置》(CN201710858018.9)中提出了及一种用于静止轨道3米口径遥感相机可展开遮光罩装置，同样未涉及遮光罩的设计。

技术实现思路

[0010]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种GEO卫星遮光罩构型优化方法及遮光罩。
[0011]根据本专利技术提供的一种GEO卫星遮光罩构型优化方法，包括：
[0012]步骤A：计算太阳矢量、对地轴组合面与轨道面夹角及最大值；
[0013]步骤B：根据星上布局需求选择合适的遮光罩的基本构型；
[0014]步骤C：计算遮光罩中垂直轨道面的遮光板到相机视轴的距离；
[0015]步骤D：根据步骤A和步骤C的计算结果，绘制遮光板的上沿曲线；
[0016]步骤E：判断依上沿曲线构建的遮光板是否遮挡相机视场，在不遮挡的情况下进入步骤F，否则增大L1值并返回步骤D；
[0017]步骤F：作上沿曲线的切线，将切线作为遮光板上沿；
[0018]步骤G：判断依上沿曲线的切线构建的遮光板是否遮挡相机视场，若不遮挡则所述切线可行，否则增大L1值并返回步骤D。
[0019]优选地，所述步骤A包括：
[0020]对地轴组合面与轨道面夹角为：
[0021][0022]对地轴组合面与轨道面夹角最大值为：
[0023][0024]太阳矢量包括：开始太阳规避时刻卫星距离午夜点的角距α
g
以及太阳高度角β。
[0025]优选地，遮光罩的基本构型包括三块遮光板。
[0026]优选地，步骤C的距离计算方式包括：
[0027][0028]式中，θ为相机视场半锥角，D为相机同光口径。
[0029]优选地，步骤D中利用matlab根据遮光罩上沿坐标值绘制曲线：
[0030][0031][0032][0033]式中，L1为垂直轨道面的遮光板的宽度，δ为相邻遮光板夹角的补角，z0为内遮光罩底部到卫星质心距离，H
b
为对应的遮光板截面高度。
[0034]优选地，
[0035][0036]优选地，步骤E中，遍历计算时每个H
b
是否不遮挡相机视场：
[0037]当时，遮光板上沿曲线可行。
[0038]优选地，步骤F中，利用matlab作上沿曲线的切线，将该切线作为遮光板上沿后，能够将上沿曲线包含在遮光板内。
[0039]优选地，步骤G中，将切线作为遮光板新的上沿曲线，重复步骤E。
[0040]根据本专利技术提供给的一种GEO卫星遮光罩构型，采用所述的GEO卫星遮光罩构型优化方法得到。
[0041]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0042]本专利技术根据遮光罩基本构型结合太阳规避起始点卫星所处轨道位置计算遮光罩上沿，无需借助光学专业仿真工具开展大规模仿真，计算过程中只有三角函数运算，简便易懂，便于卫星总体人员快速优化大视场相机及星上其他布局。提升了GEO相机的遮光罩优化设计能力，便于卫星总体人员快速优化大视场相机及星上其他布局。
附图说明
[0043]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0044]图1所示为本专利技术一实施例提供的GEO卫星遮光罩构型优化设计方法的步骤流程图；
[0045]图2所示为本专利技术一实施例提供的太阳规避起始点太阳与遮光罩关系示意图；
[0046]图3所示为本专利技术一实施例提供的遮光板和圆形遮光罩构型示意图；
[0047]图4所示为本专利技术一实施例提供的遮光罩与内遮光罩尺寸关系示意图；
[0048]图5所示为本专利技术一实施例提供的侧装遮光板上沿曲线及切线；
[0049]图6所示为本专利技术一实施例提供的垂直轨道面的遮光板上沿曲线及切线；
[0050]1‑
内遮光罩底部；
[0051]2‑
内遮光罩；
[0052]3‑
太阳矢量；
[0053]4‑
遮光罩；
[0054]5‑
内遮光罩上沿；
[0055]6‑
垂直轨道面的遮光板；
[0056]7‑
侧装遮光板；
[0057]8‑
轨道面；
[0058]9‑
圆形遮光罩；
[0059]10
‑
相机视场边缘；
[0060]11
‑
侧装遮光板上沿曲线；
[0061]12
‑
侧装遮光板上沿曲线的切线；
[0062]13
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GEO卫星遮光罩构型优化方法，其特征在于，包括：步骤A：计算太阳矢量、对地轴组合面与轨道面夹角及最大值；步骤B：根据星上布局需求选择合适的遮光罩的基本构型；步骤C：计算遮光罩中垂直轨道面的遮光板到相机视轴的距离；步骤D：根据步骤A和步骤C的计算结果，绘制遮光板的上沿曲线；步骤E：判断依上沿曲线构建的遮光板是否遮挡相机视场，在不遮挡的情况下进入步骤F，否则增大垂直轨道面的遮光板的宽度并返回步骤D；步骤F：作上沿曲线的切线，将切线作为遮光板上沿；步骤G：判断依上沿曲线的切线构建的遮光板是否遮挡相机视场，若不遮挡则所述切线可行，否则增大垂直轨道面的遮光板的宽度并返回步骤D。2.根据权利要求1所述的GEO卫星遮光罩构型优化方法，其特征在于，所述步骤A包括：对地轴组合面与轨道面夹角为：对地轴组合面与轨道面夹角最大值为：太阳矢量包括：开始太阳规避时刻卫星距离午夜点的角距α
g
以及太阳高度角β。3.根据权利要求1所述的GEO卫星遮光罩构型优化方法，其特征在于，遮光罩的基本构型包括三块遮光板。4.根据权利要求2所述的GEO卫星遮光罩构型优化方法，其特征在于，步骤C的距离计算方式包括：式中，θ为相机视场半锥角，D为相机通光口径。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞，钱勇，何赟晟，刘刚，倪涛，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：