[发明专利]姿轨控通用综合测试的控制力矩陀螺信号采集方法及系统

权利要求书

1.一种姿轨控通用综合测试的控制力矩陀螺信号采集方法，其特征在于，包括：

角动量计算步骤：根据控制力矩陀螺的真实的外框角度δ、外框转速和内转子转速ω_CMG，计算得到控制力矩陀螺基座坐标系下陀螺单机的角动量及变化率；

卫星本体坐标系下角动量计算步骤：根据陀螺单机的角动量、变化率以及在卫星的布局关系得到对应的安装矩阵M，得出控制力矩陀螺在卫星本体坐标系ox_by_bz_b中的角动量H；

地面动力学姿态仿真步骤：根据角动量H得到卫星姿态与卫星受到的内、外力矩之间的关系；

所述角动量计算步骤包括：

控制力矩陀螺基座坐标系ox_sy_sz_s和框架坐标系ox_gy_gz_g，g,w,t为坐标基轴的单位矢量，当外框角度为零时，控制力矩陀螺基座坐标系与框架坐标系重合；h＝J_CMGω_CMG为动量轮自转角动量，其中J_CMG为控制力矩陀螺的内转子惯量，ω_CMG为控制力矩陀螺的内转子转速，则在基座坐标系中，单个控制力矩陀螺角动量及变化率分别为：

δ为外框角度矢量，h为动量轮自转角动量，为单个控制力矩陀螺的角动量变化率。

2.根据权利要求1所述的姿轨控通用综合测试的控制力矩陀螺信号采集方法，其特征在于，所述卫星本体坐标系下角动量计算步骤包括：

根据控制力矩陀螺在整星的布局关系得到对应的安装矩阵M，从而得出控制力矩陀螺在卫星本体坐标系ox_by_bz_b中的角动量H为：

H＝M^T(h)_s

T为转置，考虑到控制力矩陀螺采用控制力矩陀螺群的工作模式，因此推广得到控制力矩陀螺群在星体坐标系ox_by_bz_b中的角动量H为：

其中，i为陀螺序号，n为陀螺总数，F(δ)为外框角度矢量δ＝(δ₁,δ₂,…,δ_n)^T的非线性函数，第i个陀螺的安装矩阵M_i为常系数矩阵，第i个陀螺在星体坐标系中的角动量贡献h_i的一般的形式为：

h_ix、h_iy、h_iz分别为角动量在形体坐标系三个方向的分量，a_1i、b_1i、a_2i、b_2i、a_3i、b_3i分别为系数矩阵的分量，与第i个控制力矩陀螺的外框位置相关，陀螺群的总的角动量表达成：

H_CMG＝h(A sinδ+B cosδ)E

式中，E为n维单位矢量，E＝(1 1 … 1)^T，矩阵A，B的元素仅与安装有关，写成：

sinδ，cosδ为外框角度的正、余弦对角阵：

3.根据权利要求2所述的姿轨控通用综合测试的控制力矩陀螺信号采集方法，其特征在于，所述地面动力学姿态仿真步骤包括：

在卫星本体坐标系中，陀螺群中各陀螺外框转速为时产生的合成陀螺力矩T_CMG写成：

式中，F为外框角度矢量的非线性函数，为控制力矩陀螺群的角动量变化率，C(δ)为3×n维矩阵，是外框角度的三角函数，写成：

C＝A cosδ-B sinδ

因此，引入控制力矩陀螺控制力矩的卫星动力学方程为：

上式中I、ω分别为星体坐标系下的卫星惯量、惯性角速度以及姿态角。