[发明专利]一种航天器多星敏感器布局优化设计方法

权利要求书

1.一种航天器多星敏感器布局优化设计方法，其特征在于，具体步骤为：

(1)确定由地球公转、自转引起的太阳光直射点赤纬、赤经的变化范围，定义星敏光轴矢量，建立太阳光约束表达式；

(2)解析卫星椭圆轨道与地球相对位置关系，确定卫星在运行至近地点时星敏感器光轴方向与星地连线之间的夹角，并通过约束保证该夹角能够满足星敏感器布局要求，建立地气光约束表达式；

(3)用圆锥体集合描述星敏感器遮光罩内部以星敏感器为起点的射线，将卫星中立方体部件及圆柱体部件用集合形式描述，通过解析表达式描述星敏感器遮光罩圆锥范围内的射线不被遮挡；

星敏遮光罩包络的范围用集合D描述，

D:{(x_in,y_in,z_in)|arccos(x_inx+y_iny+z_inz)≤θ_z}，其中[x y z]^T为星敏光轴矢量、为星敏遮光罩内以星敏感器位置为起点任意单位矢量，θ_z表示遮光罩半锥角；

以星敏感器为起点遮光罩内任意射线上的点在立方体部件基准坐标系的表示由下式得到

其中，A_cu为卫星本体坐标系到立方体部件基准坐标系的方向余弦矩阵，(x_cu0,y_cu0,z_cu0)为星敏感器安装位置在立方体部件基准坐标系下的坐标表示，k∈(0,+∞)；

立方体内部用集合C_cu描述，因此当星敏感器遮光罩内的射线不被立方体部件遮挡；

C_cu:{(x,y,z)|x_cmin≤x≤x_cmax,y_cmin≤y≤y_cmax,z_cmin≤z≤z_cmax}，其中x_cmin，x_cmax，y_cmin，y_cmax，Z_cmin，Z_cmax分别表示立方体部件x,y,z坐标的最小和最大值；

以星敏感器为起点遮光罩内任意射线上的点在圆柱体部件基准坐标系的表示由下式得到

其中，A_cy为卫星本体坐标系到圆柱体部件基准坐标系的方向余弦矩阵，(x_cy0,y_cy0,z_cy0)为星敏感器安装位置在圆柱体部件基准坐标系下的坐标表示，k∈(0,+∞)；

圆柱体内部用集合C_cy描述，因此当星敏感器遮光罩内的射线不被圆柱体部件遮挡；

C_cy:{(x,y,z)|x²+y²≤R²,z_cmin≤z≤z_cmax}，其中R表示圆柱体部件截面半径，z_cmin,z_cmax分别表示立方体部件z坐标的最小和最大值；

(4)结合太阳光约束表达式、地气光约束表达式和解析表达式，构造多星敏感器布局的优化问题指标函数，获得多星敏感器最优指向，确定多星敏感器最优布局；

太阳光约束表达式为

arccos(xx_S+yy_s+zz_s)≥θ_z

u∈[0,360°]

其中[x y z]^T表示星敏光轴矢量，x_s、y_s、z_s表示太阳光矢量，θ_z表示星敏杂光抑制角半锥角；

地球遮挡卫星的范围呈圆锥分布，半锥角为

地气光对星敏感器布局的约束为

其中，θ_z表示遮光罩半锥角，r_e为地球半径，a为轨道半长轴，e为偏心率；

卫星本体及星上部件约束的解析描述方法为：用圆锥体集合描述星敏感器遮光罩内部以星敏感器为起点的射线，将卫星本体及星上部件用立方体集合或圆柱体集合表示，确保满足约束的点属于圆锥体集合并且不属于立方体或圆柱体集合。