[发明专利]基于动量守恒的航天器转动惯量在轨测量方法

说明书

本发明提出了一种基于动量守恒的航天器转动惯量在轨测量方法，包括步骤：步骤S10，获取航天器角速度信息、飞轮转速信息和相对姿态；步骤S20，基于航天器预设时间段内的总角动量守恒构建与角速度信息和飞轮转速信息相关的方程式；步骤S30，求解方程式中的转动惯量。本发明解决了现有技术中，测量转动惯量存在精确度低和依赖专用设备、步骤繁琐的技术问题。

技术领域

本发明属于测量技术领域，尤其涉及一种基于动量守恒的航天器转动惯量在轨测量方法。

背景技术

转动惯量是刚体转动中惯性大小的量度，是物体质量特性参数中的主要指标。其中，在航天器领域，航天器转动惯量是航天器控制系统设计的重要依据，与控制参数设计密切相关，目前主要是通过地面测量以及特定工具软件建模估计获得。软件建模的误差比较大，而地面测量虽然相对精确但只能测量主轴惯量而无法测量惯量积，而且测量的步骤繁杂，需要专用设备支持。

因此，有必要提出一种转动惯量的测量方法，能够利用宇宙空间失重环境，仅通过软件实现航天器主轴惯量与惯量积的在轨精确测量，从而提升测量精度并有效降低成本。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种基于动量守恒的航天器转动惯量在轨测量方法，旨在解决现有技术中存在的测量误差大、依赖专用设备、测量步骤繁琐的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的基于动量守恒的航天器转动惯量在轨测量方法，包括步骤：

步骤S10，获取航天器角速度信息、飞轮转速信息和相对姿态；

步骤S20，基于航天器预设时间段内的总角动量守恒构建与角速度信息和飞轮转速信息相关的方程式；

步骤S30，求解方程式中的转动惯量。

优选地，所述步骤S10之前包括步骤：

步骤S1，判断航天器的执行机构是否已停止工作；

步骤S2，若已停止工作，执行步骤S10。

优选地，所述执行机构包括喷气设备和磁力矩器。

优选地，所述步骤S10包括步骤：

步骤S11，获取第一时刻航天器的角速度信息和飞轮转速信息；

步骤S12，获取第二时刻航天器的角速度信息和飞轮转速信息。

步骤S13，获取由第二时刻航天器瞬时姿态转换到第一时刻航天器瞬时姿态的转换矩阵。

优选地，在所述步骤S20中，所述构建的方程式为：A_ib(t₁)(H_Wb(t₁)+JW_b(t₁))＝A_ib(t₂)(H_Wb(t₂)+JW_b(t₂))

其中，左边等式表示的是t1时刻航天器的总角动量，右边等式表示的是t2时刻航天器的总角动量，HWb(t)表示的是t时刻所有飞轮角动量的矢量和在航天器瞬时本体系下的坐标，Wb(t)表示的是航天器相对惯性系的角速度在瞬时本体系下投影坐标，J表示的是航天器转动惯量，Aib(t)表示的是由瞬时本体系到惯性系的姿态转换矩阵。

本发明具有以下有益效果：

1、相较于传统的建模计算，本发明仅利用航天器角速度和飞轮角速度结合相对姿态进行计算，减少计算误差。

2、计算步骤采用递推方式，减小了内存使用，并且随着时间累积精度提高；