[发明专利]欠驱动高速自旋卫星建立正常姿态的方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星姿态与轨道控制技术领域，涉及一种欠驱动高速自旋卫星建立正常姿态的方法。

背景技术

在轨卫星一般具有喷气控制和基于角动量管理装置（如飞轮/动量轮、控制力矩陀螺等）控制两种方式。基于角动量管理装置的控制由于受限角动量约束，一般仅用于正常情况下的姿态控制。喷气控制具有力矩大且无角动量的约束，对于大的星体初始姿态角速度均可有效地阻尼下来，因此常常用于卫星入轨阶段、系统异常下的对日安全、以及安全模式转正常对地等场合。在全驱动控制方式下，可通过三轴解耦控制方法比较容易地实现卫星的三轴控制，因此目前在轨卫星在三轴上均配置喷气发动机等执行机构。卫星在轨运行过程中，一旦因某种故障导致某一星体轴的喷气发动机无法正常工作时，则卫星喷气控制变为一个欠驱动控制问题，若仍采用全驱动控制下的常规方法则无法实现三轴阻尼控制，从而危及卫星安全。

为了建立高速自旋异常卫星的正常姿态，需要进行消旋和进动控制，在陀螺退饱和后，进行速率阻尼直至完成大角度姿态捕获建立正常姿态，这些都需要执行机构来完成控制驱动。相关文献有：Ramin E等，A Lyapunov-based fail-safe controller for an underactuated rigid-body spacecraft,AIAA-2001-4212。刘海颖等，基于(w,z)参数化的微小卫星喷气欠驱动控制,北京航空航天大学学报，34卷（2），2008：229~233。徐福祥，用地球磁场和重力场成功挽救风云一号（B）卫星的控制技术，宇航学报，22卷（2），2001：1~11，利用三轴磁力矩器和三轴动量轮等执行机构完成了在轨抢救，属于全驱动控制方式。彭仁军等，一种低轨道卫星在轨故障抢修与恢复，航天器工程，17卷（1），2008：24～29，利用三轴磁力矩器和喷气推进系统等执行机构完成了在轨抢救，属于全驱动控制方式。上述方法存在如下不足：主要基于Lyapunov稳定性理论进行正常姿态下的欠驱动系统控制器设计，而且在轨卫星故障抢救均未涉及欠驱动控制方法，相关研究仅注重控制系统的稳定性及收敛性，没有兼顾控制系统的动态过程，而后者恰恰是影响工程实际应用成功与否的关键因素之一，如实际在轨运行卫星受到姿态测量量程和执行机构输出能力的约束，一般的欠驱动控制方法其动态性能可能难以适应实际工程应用的要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提供一种欠驱动高速自旋卫星建立正常姿态的方法，解决了某通道丧失喷气控制能力的欠驱动卫星恢复正常姿态的问题。

本发明的技术解决方案是：

（1）利用姿态敏感器的输出数据确定欠驱动卫星的自旋轴；

（2）确定欠驱动轴和正常轴；

（3）对卫星进行欠驱动消旋、进动控制至所述陀螺退饱和；

（4）所述陀螺退饱和后，对三轴角速度进行欠驱动控制；

（5）确定并更新初始姿态四元数；

（6）采用动量轮进行姿态捕获和磁力矩器卸载，并确定卫星姿态，将卫星恢复至正常对地三轴稳定姿态。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）本发明针对欠驱动卫星，设计了由高速自旋异常状态恢复到正常对地姿态的方法，工程可实现性强。

（2）本发明的消旋和进动控制策略可适用于全驱动控制方式和欠驱动控制方式。

（3）本发明利用三轴动量轮进行全姿态捕获控制方式，是一种不依赖喷气推进系统的大角度姿态捕获技术，磁力矩器卸载，利用红外地球敏感器和数字太阳敏感器或单独利用星敏感器进行姿态确定，利于工程实际应用。

附图说明

图1为本发明流程图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

如图1所示为本发明流程图，具体过程如下：

（1）利用姿态敏感器确定欠驱动卫星的自旋轴

在本发明实施例中，用于确定卫星自旋轴的姿态敏感器可以为数字太阳敏感器。自旋轴的确定内容包括其方位和大小，确定的过程包括确定数据采纳间隔、判断数据有效性和确定自旋轴。