[发明专利]一种基于拟四元数与拟四元数运动学方程的卫星指向跟踪控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于拟四元数与拟四元数运动学方程的卫星指向跟踪控制方法。

背景技术

随着航天任务的多样化，卫星对指向跟踪技术的需求越来越明显。对于低轨地面固定目标点与运动目标点进行持续成像的卫星、对地面某一固定区域进行视频成像的视频卫星、对飞行中的导弹进行跟踪拍照的侦查卫星等都需要卫星具有快速捕获目标并对目标进行持续指向跟踪的能力。

通常情况下为了能够快速的捕获目标需要卫星能够按照最短路径运行。卫星是否能够按照最短路径运行，取决于是否能够找出描述卫星运行最短路径的参数。在以往的许多文献中，人们通过一系列的假设试图避免需找描述卫星运行最短路径的参数，通常假设卫星初始状态为三轴稳定状态，并且卫星在运行过程中一直沿着欧拉轴运动。在这些假设条件的基础上，将目标坐标系定义为相对轨道坐标系为路径最短的坐标系，这样定义是因为能够运用原有姿态参数得到运动学方程，可以避免重新推导新的运动学方程。然而，对于实际运行的卫星(敏捷卫星)来讲，这些假设的条件是苛刻的，即使能够满足这些条件，对于指向跟踪问题，卫星目标点在惯性空间一直再变化，所定义的目标系也不满足这些条件，对于指向跟踪问题，卫星目标点在惯性空间一直在变化，所定义的目标系也不满足运动的每一时刻都是保证路径最短的，这样就使得卫星跟踪过程中运动的路径不是最短的。因此有必要在没有任何假设的前提下重新定义最短路径参数(拟四元数)，并推导出基于该参数的运动学方程，利用拟四元数设计控制器，使卫星姿态跟踪的路径最短，缩短控制时间。

发明内容

本发明为解决目前设计卫星指向跟踪控制器所用到的运动学参数设计不合理，不能保证卫星的运动路径最短，并且没有统一的适用于指向跟踪控制的运动学方程的问题，从而提供一种基于拟四元数与拟四元数运动学方程的卫星指向跟踪控制方法。

一种基于拟四元数与拟四元数运动学方程的卫星指向跟踪控制方法，它包括如下步骤：

步骤一、根据指向跟踪控制的要求定义目标系ox_ty_tz_t，并保证本体系相对于目标系ox_ty_tz_t的欧拉角最小；

步骤二、确定卫星本体系相对于目标系的欧拉轴e_bt与欧拉角Φ，表达式为：

ebt=zt×zbsinΦ]]>

Φ＝acos(z_t·z_b)

式中，z_t为目标系oz_t轴方向单位矢量，z_b为本体系的偏航轴方向单位矢量，e_bt为本体系相对于目标系的欧拉轴矢量，Φ为本体系相对于目标系的欧拉角；

步骤三、确定欧拉轴e_bt与欧拉角Φ在本体系表示的运动学方程，表达式为：