[发明专利]一种姿态机动的轨迹规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及姿态机动领域，特别是涉及一种姿态机动的轨迹规划方法。

背景技术

国内卫星单轴姿态机动技术已经比较成熟，有发明给出单轴姿态机动的bang-bang轨迹规划方法、正弦轨迹规划方法。但对于多轴姿态机动没有相关的轨迹规划方法。

若仍采用单轴姿态机动技术实现多轴姿态机动的话，一方面姿态机动轨迹不是最短路径，另一方面，由于各轴机动角度不同，则导致各轴轨迹规划到位时间不统一，这两点都将直接影响姿态机动时间，降低姿态机动的快速性。

同时，传统的单轴机动采用殴拉角进行姿态描述，对于多轴大角度姿态机动，存在姿态角表述时转序选择困难的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种姿态机动的轨迹规划方法，该方法根据初始姿态四元数和目标姿态四元数确定误差四元数，以误差四元数的指向作为转动轴方向，即选择绕特征主轴机动，并以误差四元数确定的欧拉角作为机动的角度，完成轨迹规划，可以适用于单轴、双轴或三轴姿态机动情况，得到最短路径的机动轨迹，并实现多轴同时机动到位并稳定，可以避免现有技术采用单轴机动方式分别完成多轴机动时的姿态角转序选择的问题，满足快速机动的需求。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种姿态机动的轨迹规划方法包括下列步骤：

(1)、根据机动起点的姿态四元数q_B和机动目标点的姿态四元数q_T，确定误差四元数q_BT、欧拉角Φ和特征主轴具体计算方法如下：

qBT=qB-1⊗qT]]>

Φ＝2acos(N_BT)

e→=VBT/sin(Φ2)]]>

其中，代表四元数乘积计算，机动起点的姿态四元数q_B的矢量部分和标量部分分别为V_B和N_B，则的矢量部分V_B′＝-V_B，的标量部分N_B′＝N_B；acos()代表反余弦函数，N_BT为误差四元数q_BT的标量部分；V_BT为误差四元数q_BT的矢量部分；

(2)、对沿特征主轴的欧拉角Φ进行轨迹规划，得到特征主轴方向上的规划角速度函数和规划角度函数Φ_r(t)，其中t为时间变量；

(3)、根据步骤(2)得到的规划角速度函数和规划角度函数Φ_r(t)，并利用机动特征主轴和机动起点四元数q_B，得到姿态机动过程中的规划四元数函数q_r(t)和规划目标角速度函数ω_r(t)，具体计算过程如下：

(3a)、根据机动特征主轴和规划角度函数Φ_r(t)得到第一规划四元数函数q_m(t)，其中，第一规划四元数函数q_m(t)矢量部分和标量部分分别为V_m(t)和N_m(t)：