[发明专利]一种航天器推力矢量调节机构模型点转换方法

说明书

一种航天器推力矢量调节机构模型点转换方法，可以将矢量调节机构遥测角度快速转换成航天器机械坐标系下的推力器出口中心点坐标和推力矢量方向余弦参数，通过多次的坐标系转换，将基础的推力器出口坐标系经过每次坐标变换只涉及一次坐标轴的转动，最终转化为航天器机械坐标系，同时对首次选取的模型参数点，提出了在不同坐标系中的不同转换方法，将理想状态下的推力器本体系下的推力作用点坐标和推力方向余弦代入坐标转换公式中，计算简便，方法流程清晰。

技术领域

本发明涉及一种航天器推力矢量调节机构模型点转换方法，属于航天器在轨应用技术领域。

背景技术

航天器上装载推力矢量调节机构，通过控制推力矢量调节机构转动轴的转动角度来调节推力器推力的作用点和作用方向与于航天器本体的相对位置关系，从而达到控制航天器姿态或轨道的目的。推力矢量调节机构输出的遥测角度信号是在推力矢量调节机构本体坐标系下进行定义，通过遥测角度并不能直接指示推力的作用点和作用方向与航天器本体的相对位置关系。航天器在进行姿轨控过程中需要用到的工程参数是在航天器机械坐标系下的推力器出口中心点坐标和推力矢量方向余弦参数，但是这些参数在选取参数模型点时，直接代入推力系坐标系计算过程过于复杂，直接进行坐标系变化，变换过程过于复杂，计算方法难以实现，进而难以完成对航天器的地面遥控指令控制。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，通过单一的基础坐标系推力器出口坐标系难以直接计算所选参数模型点在航天器机械系中的转换坐标的问题，为了获得推力矢量调节机构遥测角度与航天器机械坐标系下的推力器出口中心点坐标和推力矢量方向余弦参数之间的函数关系，方便实现地面对航天器的姿态与轨道控制，提出了一种航天器推力矢量调节机构模型点转换方法，用于航天器的地面遥控控制。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种航天器推力矢量调节机构模型点转换方法，步骤如下：

(1)建立推力器出口坐标系I₁，根据推力器于矢量调节结构上的安装位置对该坐标系进行转换，获取转换后的推力矢量调节上旋坐标系I₂；

(2)根据矢量调节结构所需转动角度对步骤(1)所得推力矢量调节上旋坐标系I₂进行转换，获取转换后的推力矢量调节底板坐标系I₃；

(3)根据矢量调节机构在航天器机械坐标系下的相对位置对步骤(2)所得推力矢量调节底板坐标系I₃进行转换，获取转换后的航天器机械坐标系I₄；

(4)于推力器出口坐标系I₁中选取待转换推力矢量作用点坐标和推力矢量方向向量，并分别计算以该待转换推力矢量作用点坐标作为待转换模型参数点的于推力矢量调节上旋坐标系I₂、推力矢量调节底板坐标系I₃、航天器机械坐标系I₄中的坐标转换关系式，并获取航天器本体系下所选待转换点的推力矢量作用位置和方向，当地面遥控航天器进行姿态控制或轨道控制时，根据所选待转换点的推力矢量作用位置和方向的关系式计算可得推力矢量调节机构应转动的角度并生成地面遥控指令。

所述步骤(1)中，推力器出口坐标系I₁定义如下：

以推力器前端面中心点O₁为原点；通过原点O₁且指向推力器安装基准点R方向为X₁轴；通过原点O₁，垂直于离子推力器前端面方向为Z₁轴；通过原点O₁，根据X₁轴、Z₁轴及右手定则确定Y₁轴。