[发明专利]卫星复合编队方法

说明书

本发明公开了一种卫星复合编队方法，用于解决现有卫星自主编队飞行控制方法控制精度低的技术问题。技术方案是在卫星本体与载荷之间设计分离式主动隔振与操控系统，卫星本体与载荷之间看作固定连接，采用常规编队方法对卫星群之间进行粗编队，针对主从式编队卫星姿轨控制问题，建立卫星的六自由度相对运动模型，通过测量编队卫星之间的相对姿态和相对位置，利用微推力器对其姿态和轨道进行调整，保持编队卫星之间的相对运动。建立单个载荷的动力学模型，利用8个分离式电磁力作动器之间的配合使用生成三轴控制力和三轴控制力矩，对载荷进行六自由度精确控制，实现卫星载荷之间高精复合编队。

技术领域

本发明涉及一种卫星自主编队飞行控制方法，特别涉及一种卫星复合编队方法。

背景技术

近年来随着卫星功能的日益复杂和天线、光学载荷口径的增加，研制成本和研制难度急剧增加，研制风险也越来越大，且单颗星的功能和性能指标有限，因此，采用小卫星编队飞行协同工作已成为一个重要研究方向，在电子侦查、定位成像、气象观测等方面的应用也越来越广泛。另一方面，编队飞行卫星超大口径观测任务和高分辨率执行任务对编队精度和稳定度的要求也越来越高。

传统的卫星编队对各卫星的空间相对轨道姿态进行控制，卫星载荷与本体之间采用固定连接方式，并采用单级编队，很难实现微米级相对位移控制和微弧级相对姿态控制。

文献“申请公布号是CN104142686A的中国发明专利”公开了一种卫星自主编队飞行控制方法。该方法采用喷气和动量轮分别对卫星的轨道和姿态进行调节，将卫星和载荷作为一个整体，采用单级编队方式，由于飞轮姿控、喷气轨控精度有限，同时卫星本体扰源多、微振动突出，编队精度有限，该编队方式只适合常规精度要求的场合，在分布式光学成像等相关应用中很难通过编队干涉成像，在高精度、高稳定度领域的应用受限。

发明内容

为了克服现有卫星自主编队飞行控制方法控制精度低的不足，本发明提供一种卫星复合编队方法。该方法在卫星本体与载荷之间设计分离式主动隔振与操控系统，卫星本体与载荷之间看作固定连接，采用常规编队方法对卫星群之间进行粗编队，针对主从式编队卫星姿轨控制问题，建立卫星的六自由度相对运动模型，通过测量编队卫星之间的相对姿态和相对位置，利用微推力器对其姿态和轨道进行调整，保持编队卫星之间的相对运动。建立单个载荷的动力学模型，利用8个分离式电磁力作动器之间的配合使用生成三轴控制力和三轴控制力矩，对载荷进行六自由度精确控制，实现卫星载荷之间高精复合编队。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种卫星复合编队方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、卫星本体与载荷之间通过八个分离式电磁力作动器相连接。第一分离式电磁力作动器10-第四分离式电磁力作动器13对称安装于卫星载荷的底平面，与卫星本体上平面相连，第一分离式电磁力作动器10-第四分离式电磁力作动器13的两端分别通过螺栓与卫星载荷和卫星本体连接。卫星载荷的左右边界分别设计第一安装基座8和第二安装基座9，第一安装基座8和第二安装基座9与卫星本体的上平面固连，用于安装第五分离式电磁力作动器14-第八分离式电磁力作动器17，第五分离式电磁力作动器14-第八分离式电磁力作动器17的安装关于yz平面和xz平面对称，第五分离式电磁力作动器14-第八分离式电磁力作动器17的两端分别通过螺栓与卫星载荷和卫星本体连接。

步骤二、在粗编队时，分离式电磁力作动器锁死或通过主动控制使各作动器支杆长度不变，卫星本体与载荷之间看做固定连接，以相对于中心卫星编队的主从式编队卫星姿轨控制问题，建立系统的相对运动模型，通过测量编队卫星之间的相对姿态和相对位置，利用微推力器对其姿态和轨道进行调整，实现卫星的第一级粗编队控制。

假设编队飞行各卫星在地球中心引力场中运动，且中心卫星为圆形轨道，不考虑轨道摄动因素的影响，采用Hill方程得到编队卫星的相对运动模型：