[发明专利]一种用于远距离分布式卫星的组合姿态控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种用于远距离分布式卫星的组合姿态控制方法及系统，所述方法包括：采用双矢量定姿模型确定卫星的目标姿态；对影响远距离分布式卫星姿态精度的空间环境干扰力矩进行建模；在初指向姿态控制阶段，通过设计的自适应模糊控制算法对卫星进行毫弧度的姿态指向精度的控制；在高精度姿态跟踪控制阶段，将激光陀螺作为测量器件，并设计卫星对应的扫描不确定区策略；通过设计的角速度跟踪扫描控制方法对卫星进行微弧度的姿态指向精度的控制。本发明能够在实现卫星初指向控制的基础上，通过卫星带动激光进行捕获和扫描不确定区的方法，提高了卫星的姿态稳定度，并达到更高的姿态相对指向控制精度，实现远距离分布式卫星间的高精度对准。

技术领域

本发明涉及卫星控制技术领域，尤其是涉及一种用于远距离分布式卫星的组合姿态控制方法及系统。

背景技术

近年来，分布式卫星是航天器空间技术发展的热点，其中，航天器高精度姿态控制是该研究领域的重点和难点之一，对空间引力波探测任务具有十分重要的意义。对于远距离和高精度的编队飞行任务，当前的模型和控制精度难于满足该任务的需求。

针对传统分布式编队不满足指向精度要求的缺点，现有技术通过将引力波探测卫星基于激光作为测量器件，实现高精度的姿态指向控制。针对远距离分布式卫星高精度姿态指向控制需求，将卫星姿态指向控制系统分解为两个阶段，分别为分布式卫星姿态初指向控制和高精度激光校准与扫描控制阶段。因此，在分布式卫星姿态初指向控制阶段，建立该轨道下太阳光压力矩、重力梯度力矩和剩磁力矩等干扰力矩的数学模型，明确和计算卫星的目标姿态是必要的。

但是，在对现有技术的研究与实践的过程中，本发明的发明人发现，现有技术存在如下缺陷：由于现有技术主要解决低轨道和星间距离短的情况，而对于远距离分布式卫星系统，由于现有技术在初指向控制阶段的稳定度不够高，导致航天器之间没有完全对准，从而形成一个毫弧度量级的不确定区，使得航天器间对准的精度降低，导致无法有效控制航天器间达到更高的姿态相对指向控制精度，卫星姿态精度无法满足空间任务需求。因此，亟需一种能够克服上述缺陷的用于卫星的组合姿态控制方法及系统。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种用于远距离分布式卫星的组合姿态控制方法及系统，针对远距离和高精度的编队飞行任务，解决传统低轨和星间距离短的分布式卫星系统姿态控制精度不足的问题，实现分布式卫星高精度的姿态指向控制。

为解决上述问题，本发明的一个实施例提供了一种用于远距离分布式卫星的组合姿态控制方法，至少包括如下步骤：

采用双矢量定姿模型确定卫星的目标姿态；

对影响远距离分布式卫星姿态精度的空间环境干扰力矩进行建模；

在初指向姿态控制阶段，通过设计的自适应模糊控制算法对卫星进行毫弧度的姿态指向精度的控制；

在高精度姿态跟踪控制阶段，将激光陀螺作为测量器件，并设计卫星对应的扫描不确定区策略；

通过设计的角速度跟踪扫描控制方法对卫星进行微弧度的姿态指向精度的控制。

进一步地，所述用于远距离分布式卫星的组合姿态控制方法，还包括：

根据卫星的初始位置和初始轨道信息，建立双矢量定姿模型。

进一步地，所述采用双矢量定姿模型确定卫星的目标姿态，具体为：

通过星敏感器对捕获的星体图像进行数模转化和星图识别，用于计算各卫星本体相对于地心惯性坐标系的姿态信息，并计算出各卫星本体坐标系相对于地心惯性坐标系的姿态转换矩阵；

根据卫星的初始位置和轨道信息，计算出卫星的地心惯性坐标系相对于质心轨道坐标系的姿态转换矩阵；