[发明专利]一种火星探测器自主对地定向控制方法

权利要求书

1.火星探测器自主对地定向控制方法，其特征在于包括如下步骤：

1)根据地球、火星的星历计算火星对地球指向矢量，通过定义对地坐标系计算惯性坐标系到对地定向基准坐标系的转换四元数；

2)采用前馈+反馈策略的解耦控制律计算飞轮转速指令，以此进行对地定向机动控制；

3)对地机动完成后，利用星敏感器测量值计算的姿态角作为P项反馈，姿态角积分作为I项反馈，进行PI对地稳态控制；

4)设置对地定向时间限制，进行计时或者整星蓄电池电量判断，当发生超时或者能源危机时自主转回对日定向模式。

2.根据权利要求1所述的火星探测器自主对地定向控制方法，其特征在于：所述步骤1-1)中，

日心地球赤道惯性坐标系到对地定向基准坐标系的转换四元数q_rEi计算公式为：

式中：

q_rEi为对地基准四元素；

为日心惯性系到日心黄道系转换四元素；

q_rE为日心黄道系到对地基准系转换四元素。

3.根据权利要求1或2所述的火星探测器自主对地定向控制方法，其特征在于：所述步骤1-2)中对地机动过程中飞轮指令计算公式为：

式中：

是星体的角动量变化(星体初始角速度认为0)；

φ为星体绕欧拉轴的欧拉转角； 

A(q)是星体当前指向相对机动开始时刻星体指向的方向余弦阵；

I是包括飞轮在内的星体惯量矩阵；

I_w是飞轮的惯量阵；

B飞轮的指令分配矩阵(B^-1则为飞轮安装矩阵)；

Ω飞轮转速矢量。

4.根据权利要求3所述的火星探测器自主对地定向控制方法，其特征在于：所述步骤1-3)中，对地定向稳态模式下闭环控制律计算公式为：

式中Rx——滚动轴飞轮转速指令；

Ry——俯仰轴飞轮转速指令；

Rz——偏航轴飞轮转速指令；

Kp1——滚动轴P项反馈系数；

Kp2——俯仰轴P项反馈系数；

Kp3——偏航轴P项反馈系数；

Ki1——滚动轴I项反馈系数；

Ki2——俯仰轴I项反馈系数；

Ki3——偏航轴I项反馈系数；

t0——进入对地定向的起始时刻；

t——当前时刻。