[发明专利]一种卫星姿态机动辅助实现窄视场载荷指向标定方法

说明书

本发明公开了一种卫星姿态机动辅助实现窄视场载荷指向标定方法包括：根据本星和目标星轨道参数、载荷安装矩阵理论值，建立对目标凝视姿态；在卫星凝视坐标系内垂直载荷视轴平面内，由中心点开始，计算阿基米德螺旋线，实时规划载荷视轴的扫描方向；以轨道面法线作为参考矢量，根据螺旋线规划的载荷视轴方向，实时计算卫星相对凝视坐标系的扫描姿态，结合凝视姿态，计算卫星相对轨道坐标系的目标姿态，并获取卫星期望角速度；根据卫星当前姿态和角速度计算姿态和角速度的偏差，进而实现载荷信号方向的螺旋线扫描；双方实现信号捕获后，记录当前姿态，结合理论姿态，解算载荷对应的安装矩阵实测值，不需再次螺旋扫描，即可实现窄视场载荷正常通信。

技术领域

本发明涉及航空航天领域，具体涉及一种卫星姿态机动辅助实现窄视场载荷指向标定方法。

背景技术

卫星上安装的Ku波段，Ka波段高速数传天线、激光通信载荷等，均属于典型的窄视场载荷。Ku波段天线视场半锥角0.15°量级，激光通信载荷工作视场半锥角0.1°量级。在通信链路建立过程中，通常由载荷自身携带的二维转台控制信号方向，令载荷视轴指向目标星理论方向后，从不确定区域中心开始进行覆盖式扫描，对方卫星接收到信号后，标定该指向偏差，进而建立通信链路。

其中，载荷从不确定区域中心开始进行覆盖式扫描为决定建链成功与否的关键步骤。通常需要载荷安装二维转台，用于通信链路建立过程的覆盖式扫描。对于安装窄视场载荷的微小卫星，载荷二维转台工作期间将对卫星本体产生干扰，进而影响激光载荷视轴指向稳定度；而且受整星重量约束，载荷往往无法安装二维转台。因此，对于安装窄视场载荷的微小卫星，有必要开发一种卫星姿态机动辅助实现窄视场载荷指向标定方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是对于安装窄视场载荷的微小卫星，如何开发一种卫星姿态机动辅助用于实现窄视场指向标定方法，提供一种卫星姿态机动辅助实现窄视场载荷指向标定方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种卫星姿态机动辅助实现窄视场载荷指向标定方法，所述方法包括：

根据本卫星和目标卫星的轨道参数和载荷安装姿态矩阵的理论值，所述本卫星建立对所述目标卫星的凝视姿态；

在所述本卫星的凝视坐标系中垂直载荷视轴的平面内，由不确定区域的中心点开始进行覆盖式扫描，实时计算所述载荷视轴的扫描方向；

以所述本卫星的轨道面法线作为参考矢量，根据所述实时计算所述载荷视轴的扫描方向，实时计算所述本卫星相对所述凝视坐标系的扫描姿态并结合所述凝视姿态，计算本卫星相对轨道坐标系的目标姿态，并获取所述本卫星的期望角速度；

根据所述本卫星当前姿态、和所述期望角速度计算所述本卫星的姿态偏差和角速度偏差，实现所述窄视场载荷的信号方向扫描；

记录扫描过程中所述窄视场载荷信号捕获成功时刻对应的所述本卫星扫描姿态并结合所述凝视姿态，获取所述载荷安装姿态矩阵的实测值进而重新计算所述凝视姿态，作为本卫星窄视场载荷工作的目标姿态，从而实现卫星间稳定通信。

进一步地，对所述不确定区域进行覆盖式扫描的方法包括阿基米德螺旋线方法或矩形螺旋线方法。

进一步地，获取所述期望角速度的方法为差分方法；可调用PID控制器实现高精度控制从而实现所述窄视场载荷的信号方向扫描。

更进一步地，由所述窄视场载荷的视场半锥角确定所述阿基米德螺旋线的极径与极角比例，并以恒定线速率对所述极角进行计算，保证所述窄视场载荷的视场对扫描区域全覆盖。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。