[发明专利]一种基于模型的航天器姿态轨道控制方案设计方法及系统

说明书

一种基于模型的航天器姿态轨道控制方案设计方法及系统，首先建立航天器姿态与轨道控制系统的标准化总体输入模型，包括姿态特性、轨道特性、功能需求、性能指标等标准化模型，并建立航天器常用的执行机构、敏感器单机产品的高精度数字仿真模型和型谱模型；建立航天器姿态与轨道控制常用算法模型，依据前述模型行航天器姿态与轨道控制系统方案设计，包括特性分析、部件配置和布局分析、性能指标分析、姿态控制与轨道控制算法设计、功能与性能闭环仿真验证，若经过闭环仿真的功能和性能指标满足要求，则设计完成；若不满足要求，则与步骤一总体的指标要求进行迭代或重复进行步骤四重新设计直到满足要求为止。

技术领域

本发明涉及一种基于模型的航天器姿态轨道控制方案设计方法及系统，属于航天器姿态与轨道控制设计技术领域。

背景技术

航天器姿态与轨道控制是航天器系统工程的重要一环，从设计输入、指标要求到单机模型和算法设计都需要标准化建模，提高知识共享的程度，挖掘和固化领域专家成熟和系统的专业技术和知识，更高效的完成卫星控制系统的方案设计和验证，从而提高卫星控制系统研制质量、缩短研制周期。随着航天任务越来越多，研制周期越来越短，传统的基于文本的航天器系统工程方法已无法满足研制需求，亟需采用基于模型的航天器系统工程方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，亟需基于模型的航天器系统工程方法的问题，提出了一种基于模型的航天器姿态轨道控制方案设计方法及系统。

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：

一种基于模型的航天器姿态轨道控制方案设计方法，包括：

建立航天器姿态与轨道控制系统的标准化总体输入模型；

建立航天器执行机构、敏感器的数字仿真模型、型谱模型；

建立航天器姿态与轨道控制通用算法模型；

建立航天器姿态与轨道控制专用算法模型；

根据标准化总体输入模型、数字仿真模型、型谱模型、通用算法模型、专用算法模型，进行航天器姿态与轨道控制方案设计并进行仿真验证；

判断设计完成的航天器姿态与轨道控制方案是否满足型号任务指标需求。

所述标准化总体输入模型包括姿态特性标准化模型、轨道特性标准化模型、功能需求标准化模型、性能指标标准化模型，姿态特性标准化模型和轨道特性标准化模型采用标准变量和值进行描述，功能需求标准化模型采用航天器姿态与轨道控制系统通用属性专用属性描述，性能指标标准化模型采用属性关键字及属性值方式进行描述，所述总体输入模型采用Json格式传递，用于进行航天器姿态与轨道控制系统方案设计。

所述执行机构包括动量轮、CMG、磁力矩器、帆板驱动机构、化学推力器、电推力器及其他通用执行机构；所述敏感器包括GNSS、星敏感器、三浮陀螺、光纤陀螺、红外地球敏感器、数字太阳敏感器、模拟太阳敏感器、加速度计及其他敏感器，其中：

型谱模型用于方案设计过程中的部件选型和指标分析，数字仿真模型根据选定的单机型谱参数进行配置后，用于对方案设计结果进行仿真验证。

所述通用算法模型包括数值积分轨道外推算法、星敏陀螺姿态确定算法、点对点姿态规划算法、零动量姿态控制算法、CMG指令角速度分配算法、喷气相平面姿态控制算法；

所述专用算法模型为实现航天器姿态与轨道控制系统的功能或性能指标，不包括在通用算法模型中的专用算法；

进行航天器方案设计时对选用的通用算法模型进行参数配置，并结合航天器的专用算法模型，共同完成航天器姿态与轨道控制任务。

所述航天器姿态与轨道控制系统方案设计的具体方法为：

根据标准化总体输入模型，进行航天器特性分析；