[发明专利]一种用于惯性空间观测卫星的能源保障设计方法

权利要求书

1.一种适用于惯性空间观测卫星的能源保障设计方法，其特征在于包括下列步骤：

(1)、根据卫星基本构型和太阳翼安装方向，确定惯性空间观测卫星本体坐标系和固定对日面；

卫星本体坐标系的+X轴方向定义为观测载荷的指向，±Y轴方向定义为太阳翼安装轴、Z轴方向由右手定则确定；

所述固定对日面在与太阳翼安装轴平行的星体平面中选取；

(2)、基于步骤(1)所确定的固定对日面，进行姿态控制算法设计，在保证观测所需的观测指向和观测覆盖的前提下，使单次观测过程中太阳矢量与帆板安装轴垂直面的夹角最小；

(3)、基于姿态控制算法设计结果，针对太阳矢量的变化规律，设计太阳翼跟踪算法，使整星在观测全程中获得能量最大；

定义当太阳翼法线指向星体-Z轴时，±Y翼转角均为0°，令+Y翼控制转角为-Y翼控制转角为太阳翼跟踪算法是太阳翼转角单次观测期间保持不变，具体转角值算法为：

当α_i＜90°时，

当α_i＞90°时，

当α_i＝90°时，

其中，i为观测目标编号，α_i为目标太阳夹角，为目标矢量与太阳矢量间的夹角，为+Y翼控制转角，为-Y翼控制转角；

(4)、判断观测全程卫星所获得的是否足能源设计要求，是，则结束，否则，重新执行步骤(1)～(4)。

2.根据权利要求1所述的一种适用于惯性空间观测卫星的能源保障设计方法，其特征在于所述惯性空间观测卫星，至少具备如下三种工作模式之一：针对特定惯性目标点长期观测的定点观测模式、针对区域目标覆盖的小天区观测模式，以及针对全天球覆盖观测的巡天观测模式。

3.根据权利要求1所述的一种适用于惯性空间观测卫星的能源保障设计方法，其特征在于所述惯性空间观测卫星为单轴驱动太阳翼的惯性空间观测卫星。

4.根据权利要求2所述的一种适用于惯性空间观测卫星的能源保障设计方法，其特征在于当卫星工作在定点观测模式下时，所述姿态控制算法为惯性定向三轴稳定姿态控制算法，卫星本体坐标系三轴姿态为：

为给定惯性目标点在地心惯性系下的单位矢量；

为太阳矢量在地心惯性系下的单位矢量；

5.根据权利要求2所述的一种适用于惯性空间观测卫星的能源保障设计方法，其特征在于当卫星工作在小天区观测模式下时，所述的姿态控制算法为惯性定向小角度旋转姿态控制算法，具体实现为：

(s1)、利用待观测惯性空间区域中心点与太阳相对位置关系确定卫星扫描基准坐标系；

(s2)、将待观测惯性空间区域的外切矩形天区作为卫星实际指向覆盖区域，所述外切矩形天区相互垂直的两条边分别与卫星扫描基准坐标系的Y轴和Z轴平行；

(s3)、调整卫星姿态至基准姿态，在该基准姿态下，卫星本体坐标系的X轴与卫星扫描基准坐标系X轴在一条直线上，且方向一致，Y轴与卫星扫描基准坐标系Y轴平行且方向一致，Z轴与卫星扫描基准坐标系Z轴平行且方向一致；

(s4)、通过整星绕卫星本体坐标系Y轴或Z轴的旋转，调整载荷观测主轴指向，对卫星实际指向扫描覆盖区域往复连续扫描，实现观测区域全覆盖。

6.根据权利要求2所述的一种适用于惯性空间观测卫星的能源保障设计方法，其特征在于当卫星工作在巡天观测模式下时，所述的姿态控制算法为对日定向慢旋姿态控制，卫星本体坐标系三轴姿态为：

为太阳矢量在地心惯性系下单位矢量；

为地心矢量在地心惯性系下的单位矢量；

7.根据权利要求1所述的一种适用于惯性空间观测卫星的能源保障设计方法，其特征在于定点模式下，目标矢量取为观测卫星质点指向待观测目标点。

8.根据权利要求1所述的一种适用于惯性空间观测卫星的能源保障设计方法，其特征在于小天区模式下，目标矢量取为观测卫星质点指向待观测天区中心点。

9.根据权利要求1所述的一种适用于惯性空间观测卫星的能源保障设计方法，其特征在于巡天模式下，目标太阳夹角α_i取值为90。