[发明专利]一种姿热耦合优化设计系统及方法

说明书

本发明涉及航天器姿态控制领域，特别涉及一种姿热耦合优化设计系统及方法。其系统包括：软件接口模块：提供热控分析软件自动运行的接口；卫星热模型：按照卫星已知输入条件和姿态假设值，在热控分析软件上建立卫星热分析模型；共轭梯度计算模块：根据目标温度场与实际接收的卫星热模型计算的温度场，利用共轭梯度法逆计算惯性定向姿态的太阳矢量；软件接口模块接收计算得到的姿态数据，将姿态数据传递给热控分析软件，进行初始化并启动分析软件；获取热控分析软件计算的温度场结果，将温度场结果反馈给共轭梯度计算模块。在已知目标温度场的条件下，通过共轭梯度法逆设计惯性定向姿态的太阳矢量，从而控制整星姿态和温度同时满足要求。

技术领域

本发明涉及航天器姿态控制领域，特别涉及一种姿热耦合优化设计系统及方法。

背景技术

卫星探测目标时，卫星姿态有时为惯性定向。惯性定向时，太阳矢量的位置一般比较固定。部分特殊情况，卫星整轨惯性定向观测，此时部分惯性定向模式卫星温度场可能超出要求范围，为确定适宜的惯性定向姿态，一般方法是给出目标离散的姿态数据，但该方法需要的姿态数据量大，且可能无法尽筛满足热控要求的观测。

发明内容

本发明提供一种姿热耦合优化设计系统及方法，旨在通过姿热耦合设计来对卫星姿态进行反要求，来满足热控要求的姿态形式。

本发明提供一种姿热耦合优化设计系统，包括：

软件接口模块：提供了热控分析软件自动运行的接口；

卫星热模型：按照卫星目前的总体布局、热耗、工作模式等已知输入条件和姿态假设值，在热控分析软件上建立卫星热分析模型；

共轭梯度计算模块：根据目标温度场与实际接收的卫星热模型计算的温度场，利用共轭梯度法逆计算惯性定向姿态的太阳矢量；

所述软件接口模块接收共轭梯度计算模块计算得到的姿态数据，将姿态数据传递给热控分析软件，对热控分析软件进行初始化并启动分析软件；获取热控分析软件计算的温度场结果，将温度场结果反馈给共轭梯度计算模块。

作为本发明的进一步改进，所述共轭梯度计算模块的运算过程包括：

设惯性定向姿态时卫星本体坐标下太阳矢量为P1、P2、P3，其中P3由P1、P2决定，地球矢量取为初始姿态相应的值，姿态矢量为：

P^T＝[P₁,P₂] (1)

定义函数S

S(P)＝[Y-T(P)]^T[Y-T(P)] (2)

其中Y是卫星温度场目标值，T(P)是P姿态矢量下卫星的温度场；

目标是求得函数S的最小值

作为本发明的进一步改进，所述共轭梯度计算模块每一步迭代过程中，根据包括目标温度场、实际接收的卫星热模型计算的温度场、卫星热模型温度变化梯度在内的条件，求得新的惯性定向姿态太阳矢量：

P^k+1＝P^k-β^kd^k (4)

其中，β^k是搜寻步长，d^k是下降方向；

其中γ^k是共轭系数；