[发明专利]一种地磁场模型简化设计方法

说明书

本发明公开了一种飞卫星获取地磁场的方法，建立卫星轨道的地磁场随时间变化曲线，将其转换成极坐标地磁场曲线，再对每轴进行单独的归一化，得出极坐标归一化地磁场曲线，再转换成直角坐标系下归一化地磁场曲线，计算每点的离散曲率，通过每点的离散曲率，结合K曲率加权非均匀采样法，选出多个采样点，形成非均匀地磁场数据表格，并存储到飞卫星上；获取飞卫星实时真近点角，结合非均匀地磁场数据表格，得出飞卫星的实时地磁场值；根据飞卫星处理器计算性能较弱的特性，对卫星姿态控制系统中计算复杂度较高、存储空间较大的地磁场模型进行简化。

【技术领域】

本发明属于航空航天技术领域，具体涉及一种地磁场模型简化设计方法。

【背景技术】

在过去的15年内，随着不同应用领域任务需求的日益增加，小型化、高性价比卫星技术得到了蓬勃的发展。小型卫星能借助电子产业大规模工业生产的基础和架构，以尽可能小的质量、体积和批量化生产的方式实现任务需求，主要面向教学与科研、低轨通信、新技术验证，以及未来空间遥感组网、空间碎片监测等任务。目前国际认同的对小型卫星依据质量的分类为：微小卫星为10-100Kg，纳卫星为1-10Kg，皮卫星为0.1-1Kg，飞卫星10-100g。小型卫星正朝着更小、更轻、更廉价的方向发展。TR Perez,K Subbarao.A Survey ofCurrent Femto-satellite Designs,Technologies,and Mission Concepts.Journal ofsmall satellites.2016.指出和1U的立方星相比，飞卫星具有成本低、通过冗余缓解固有风险以及组网控制等单个纳卫星难以具备的优势。Hadaegh F Y,Chung S J,Manohara HM.On Development of 100-Gram-Class Spacecraft for Swarm Applications[J].IEEESystems Journal,2014,10(2):1-12.同样表明相对单个大卫星而言，使用飞卫星组建的分布式航天器系统具有更好的灵活性和鲁棒性。

目前对于飞卫星的任务设计、系统设计、能耗设计和传感器设计等领域的研究已经逐渐丰富。Post M,Bauer R,Li J,et al.Study for femto satellites using microControl Moment Gyroscope[C].IEEE Aerospace Conference.IEEE,2016:1-8.提出了一种使用MEMS控制力矩陀螺(Control Moment Gyroscope)设计的飞卫星姿态控制执行器，对MEMS CMG进行建模并详细介绍了一个的飞卫星设计方案。为了降低制造成本，TR Perez,KSubbarao.A Survey ofCurrent Femto-satellite Designs,Technologies,and MissionConcepts.Journal ofsmall satellites.2016.采用商业化元件选型，对嵌入式卫星的质量、能源、硬件、软件、散热问题做了详细的介绍，但是对姿态控制系统分析不足，未能针对芯片的性能提出软件设计方案。Tahri N,Hamrouni C,Alimi A M.Study ofCurrentFemto-Satellite Approches[J].International Journal of Advanced ComputerScienceApplications,2013,4(5).重点分析了PCBSat和WikiSat两颗飞卫星的功能、结构、功耗等方面的特点。PCBSat设计有两个太阳敏感器，一个GPS导航接收机和被动气动控制系统，而WikiSat包含4个光学传感器、一个3轴加速度计、一个3轴陀螺仪以及磁力距器用于姿态控制。但是由于飞卫星的质量、体积和功耗方面的限制，目前飞卫星很少设计姿态和轨道控制任务。如图23所示，统计了三种飞卫星微控制单元的MCU性能对比。