[发明专利]一种基于信息融合的控制系统工作模式设置及切换方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种卫星控制方法，特别是一种高轨道卫星控制系统的工作模式设置及切换方法。

背景技术

高轨道卫星控制系统通常按飞行任务和敏感器使用情况来划分控制模式和方式，工作模式有：太阳捕获（SAM）、地球搜索（EAM）、地球指向（EPM）、远地点（AFM）、位保（SKM）、过渡（TRM）、正常（NM）、天线方向图模式（ANM）、倾斜轨道模式（SLM）、硬件故障对地指向安全模式（ESM）、软件故障对地指向安全模式（ETM）。

同一种工作模式根据控制系统敏感器的组成不同，或偏置量不同又分为几种不同的工作方式。工作方式的改变可由星上自主控制，也可由地面遥控。

由于惯性敏感器的使用寿命和光学敏感器使用范围限制，原有高轨道卫星的模式、方式设计要综合考虑各种因素，每一个工作模式和工作方式除陀螺以外均没有姿态敏感器冗余备份，（3个正交+1个斜装）的陀螺组件虽有一个备份，但通常不是长寿命陀螺，只允许在转移轨道连续工作，在同步轨道只允许在轨道位置保持控制时短期工作，因而目前典型的高轨卫星有11种工作模式和31种工作方式，高轨道卫星在增加星敏感器以后又增加了一个惯性姿态捕获模式（IAAM）。

高轨道卫星控制系统的工作模式和工作方式过多，增加了地面测控的复杂程度，增加了软件代码使用量，而且降低了控制系统故障对策能力。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于信息融合的控制系统工作模式设置及切换方法，减少了控制模式数量，简化了模式间的转换关系，提升了控制系统的性能。

本发明的技术解决方案是：一种基于信息融合的控制系统工作模式设置及切换方法，将卫星控制系统设置为五种工作模式，分别是太阳捕获及巡航模式、地球捕获及指向模式、远地点模式、位置保持模式、正常模式，其中太阳捕获及巡航模式包括太阳捕获工作方式、巡航工作方式，地球捕获及指向模式包括地球捕获工作方式、地球指向工作方式，正常模式包括正常工作方式、动量轮卸载工作方式、南北位保工作方式、东西位保工作方式，五种工作模式下卫星控制系统的控制方法及各模式之间的切换方法如下：

（1）太阳捕获及巡航模式

当星箭分离时，卫星控制系统将启用太阳捕获及巡航模式，在该模式下，首先进入太阳捕获工作方式，使用太阳敏感器、陀螺和星敏感器进行信息融合确定卫星三轴姿态，用推力器控制建立卫星搜索太阳的角速度，当太阳可见时自主置搜索速度为0，用信息融合输出的滚动姿态与俯仰姿态控制卫星姿态，最终建立卫星本体的-Z轴对日定向的巡航姿态，进入巡航工作方式后，为节省推进剂，姿态控制以反作用轮为主；

该模式可与地球捕获及指向模式之间进行正常切换；

（2）地球捕获及指向模式

在该模式下，首先进入地球捕获工作方式，使用地球敏感器、陀螺、太阳敏感器和星敏感器，进行信息融合确定卫星三轴姿态，用推力器控制建立地球搜索角速度，当地球可见时自主置搜索速度为0，用信息融合输出的滚动姿态与俯仰姿态控制卫星姿态，卫星最终自主转向地球指向方式；

进入地球指向方式后，使用地球敏感器、陀螺、太阳敏感器和星敏感器信息融合确定卫星三轴姿态，用推力器控制建立用户需要的星体Z轴对地定向的三轴稳定姿态或转移轨道变轨需要的远地点或近地点490N发动机点火姿态；

该模式可与转移轨道的太阳捕获及巡航模式、远地点变轨模式正常切换，并可正常转入同步轨道的正常模式；

（3）远地点变轨模式

在该模式下，使用太阳敏感器、陀螺和星敏感器，进行信息融合确定卫星三轴姿态，用推力器实现转移轨道的变轨发动机在远地点或近地点点火期间的三轴稳定姿态控制；

远地点变轨模式490N发动机正常点火结束关闭发动机后，可正常转入太阳捕获及巡航模式，490N发动机点火时如果出现故障，星上将自主紧急关机、转入太阳捕获及巡航模式，建立卫星本体的-Z轴对日定向的巡航姿态；

该模式可与地球捕获及指向模式正常切换；

（4）位置保持模式

在该模式下，使用地球敏感器、陀螺、太阳敏感器和星敏感器，进行信息融合确定卫星三轴姿态，用推力器实现定点位置捕获和位置保持控制期间的三轴稳定姿态控制，还可用于天线方向图测试、卫星改变定点位置与寿命末期卫星离轨控制；

该模式可与正常模式进行正常切换，故障时自主转入地球捕获及指向模式；

（5）正常模式