[发明专利]卫星磁测磁控系统的全实物验证平台与工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种卫星磁测磁控系统的全实物验证平台与工作方法，属于微小卫星磁测磁控系统俯仰回路的验证平台与工作方法的技术领域。

背景技术

微小卫星控制系统常采用“磁强计+磁力矩器+偏置动量轮”的配置方案，具有低成本高可靠的特点。采用该种配置方案的一种较佳的控制方式是：磁强计作为姿态敏感器，将偏置动量轮作为星体的被动稳定装置，采用三轴磁力矩器实现卫星俯仰回路的小角度稳定与大机动控制以及章进动控制，该种控制方式具有控制模式简单，无需动量轮卸载等操作，并且在稳定度等性能指标方面具有一定的优势；而该种控制方式的关键是俯仰回路的高精度稳定控制与大机动控制，需要在地面做充分的仿真与验证，从而确保系统俯仰回路控制的高可靠性与高性能。而全物理仿真试验是较为全面准确的验证，所以设计了微小卫星磁测磁控系统俯仰回路的验证平台与工作方法，期望达到如下目的：

(1)卫星指向稳定控制与保持的关键技术验证；

(2)俯仰回路大角度机动的关键技术验证；

(3)控制系统俯仰回路设计与研制的正确性与可靠性。

目前，卫星的姿态确定与控制系统在地面开展全实物仿真测试与验证，具有较大的技术难度与经济成本；基于磁测磁控的微小卫星俯仰回路的验证通常需要将气浮台整个安置于一台大型的磁模拟器中进行实物验证，高昂的成本不适合廉价的微小卫星。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种卫星磁测磁控系统的全实物验证平台与工作方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明卫星磁测磁控系统的全实物验证平台，包括单轴气浮台、台上计算机系统、测角系统、通信计算机、微型磁模拟器、星载磁强计、星载计算机和环境模拟计算机，其中台上计算机系统包括台上计算机、台上磁强计和磁力矩器，测角系统包括测角光栅和测角计算机，台上计算机系统和测角光栅设置于单轴气浮台上，星载磁强计设置于微型磁模拟器上，通信计算机和台上磁强计的输出端分别接台上计算机的输入端，台上计算机与磁力矩器双向通信，测角光栅的输出端依次串接测角计算机、环境模拟计算机后接微型磁模拟器的输入端，星载磁强计的输出端串接星载计算机后接通信计算机的输入端。

卫星磁测磁控系统的全实物验证平台的工作方法包括如下步骤：

(1)单轴气浮台配平；

(2)标定单轴气浮台以及包括台上计算机系统和测角光栅的转动惯量；

(3)标定单轴气浮台干扰力矩，拟合并形成干扰力矩补偿计算式；

(4)标定单轴气浮台台体剩磁；

(5)标定微型磁模拟器的线圈常数矩阵；

(6)设置单轴气浮台的初始角度与角速度；

(7)测角系统以频率0.5Hz～20Hz一定的频率(通常取0.5Hz～20Hz)向环境模拟计算机发送角度参数；

(8)环境模拟计算机以第(7)步中相同的频率计算在轨磁场，并向微型磁模拟器发送磁场指令；

(9)微型磁模拟器接收到环境模拟计算机的磁场指令后，实时激励出期望的在轨磁场；

(10)星载磁强计实时敏感在轨磁场；

(11)星载计算机中的姿态测量与控制程序按既定的测量控制周期执行算法：在控制周期的初始时刻即0T，其中T为测量控制周期，星载计算机采集磁强计数据，采用卡尔曼滤波算法估计单轴气浮台模拟的太空中的微小卫星的姿态角与角速度，然后根据姿态角与角速度执行不同的控制律计算控制力矩，控制卫星实现稳态保持或大机动；在控制周期的某时刻即m×T，其中0＜m＜1，强制控制力矩为零，让磁力矩器复位，从而实现磁强计与磁力矩器的分时工作；

(12)通信计算机一旦接收到星载计算机的控制力矩指令，立刻向单轴气浮台上的台上计算机系统转发；

(13)台上计算机根据控制力矩指令如果接收到零控制力矩指令，直接将磁力矩器复位；如果接收到非零控制力矩，则采集台上磁强计的输出，并计算出应输出的磁矩向磁力矩器发送控制指令；

(14)重复(7)～(13)，直至完成某次实验，重复(6)～(13)，完成不同初始条件下的实验，如果平台长期闲置后重新使用，重复(1)～(13)。