[发明专利]一种基于矢量投影的航天器光学敏感器视场分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种航天器总体设计中光学敏感器视场遮挡、敏感器视场中太阳运动分析和视场受照分析的方法。

背景技术

在航天器总体设计的构型布局设计中，光学敏感器的布局需要结合航天器在轨运行时敏感器的视场和使用要求确定。光学敏感器的视场遮挡和受照分析为敏感器的布局设计提供了重要的依据。

航天器上配置的光学敏感器可分为两类：一类是需依赖太阳才能正常工作的敏感器(如太阳敏感器等)，另一类是需规避太阳才能正常工作的敏感器(如星敏感器等)。目前传统的光学敏感器布局设计中，仅通过光学敏感器在航天器上布局的三维模型，再结合敏感器视场模型的直观效果来对敏感器遮挡情况进行定性确认，存在不精确、易疏漏的缺陷。其次，在航天器控制系统设计时，往往需要给出光学敏感器受遮挡区域的定量计算结果作为控制系统设计和在轨操作的输入，而这种传统的视场分析方法无法满足精确定量分析的需求。再次，传统方法无法对航天器在特定姿态轨道条件下太阳在敏感器视场中的投影运动进行分析，因而无法对太阳受遮挡的有效性和视场受照情况(对需规避太阳的敏感器)进行精确定量的分析。

随着航天器系统工程技术的发展，航天器研制要求越来越精细化，传统的光学敏感器视场分析方法已无法满足定量计算和高精度的要求，迫切需要一种新的分析方法，实现敏感器视场遮挡区域的定量计算、在轨特定姿态轨道条件下太阳投影运动分析、以及太阳遮挡有效性和视场受照情况的精确计算和分析。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于矢量投影的航天器光学敏感器视场分析方法，实现在光学敏感器测量坐标系中精确而定量的视场分析。

本发明的技术方案是：一种基于矢量投影的航天器光学敏感器视场分析方法，步骤如下：

1)在完成光学敏感器构型布局设计的卫星模型中，基于航天器本体坐标系，获取敏感器视场中心坐标[x_ob y_ob z_ob]^T、遮挡物遮挡边缘各目标点坐标[x_ib y_ib z_ib]^T以及航天器本体系各轴[i_b j_b k_b]^T与敏感器测量坐标系各轴[i_s j_s k_s]^T的夹角，并得到由本体系到测量坐标系的转换矩阵其中“^”表示前后两个矢量的夹角；其中i为正整数，表示目标点序号；

2)计算得到遮挡边缘各目标矢量在敏感器测量坐标系中的坐标：

3)计算得到遮挡边缘各目标矢量在敏感器测量坐标系中的极坐标，即中心角θ_i和方位角ψ_i：

4)利用遮挡边缘目标矢量极坐标(θ_i,ψ_i)和敏感器视场边界参数绘制敏感器视场极坐标图，并通过以下遮挡区域形成判据得到遮挡区域结果：当ψ_i＝ψ₀且θ_i<θ₀时，表明目标矢量点对敏感器视场形成遮挡，生成遮挡区域图，当ψ_i＝ψ₀且θ_i≥θ₀时，表明目标矢量点对敏感器视场未形成遮挡；其中θ₀和ψ₀分别为敏感器视场边界矢量在敏感器测量坐标系中的中心角和方位角；

5)通过航天器姿态轨道运动仿真，获得在特定姿态轨道条件下、太阳方向矢量在本体坐标系下的分量[x_tjb y_tjb z_tjb]^T，其中j为正整数，并按步骤2)、3)计算得到太阳方向矢量在敏感器测量坐标系下的极坐标(θ_tj,ψ_tj)；