[发明专利]一种基于陀螺积分计算太阳矢量的卫星自旋太阳捕获方法

摘要

本发明公开了一种基于陀螺积分计算太阳矢量的卫星自旋太阳捕获方法，包括：获取卫星本体坐标系太阳矢量；计算获得卫星姿态四元数；进行奇异点处理并计算三轴控制力矩；对三轴控制力矩进行限幅；以及控制力矩分配及控制力矩矢量限幅。

主权项

1.一种基于陀螺积分计算太阳矢量的卫星自旋太阳捕获方法，包括：获取卫星本体坐标系太阳矢量，其中，当太阳敏感器数据有效时，所述获取卫星本体坐标系太阳矢量的方法的计算公式为其中，S_s为太阳敏感器测量太阳矢量，A_s为太阳敏感器安装矩阵，S_b为卫星本体坐标系太阳矢量，当太阳敏感器数据无效时，所述获取卫星本体坐标系太阳矢量的方法进一步包括：进行卫星本体系坐标系角速度计算，计算公式为其中，ω_b为卫星本体坐标系角速度，ω_s为陀螺测量角速度，A_g为陀螺安装矩阵；由卫星本体系坐标系角速度积分计算四元数，计算公式为其中，q₀、q₁、q₂、q₃为四元数标量，ω_x,ω_y,ω_z为ω_b的三个分量；δ＝|ω_b|·Δt，Δt为积分时间；由四元数计算获得转换矩阵M，计算公式为以及根据转换矩阵M以及前一周期的太阳矢量计算获得当前卫星本体系坐标系太阳矢量S_b，计算公式为其中，为前一周期的本体坐标系太阳矢量；计算获得卫星姿态四元数，包括由本体坐标系太阳矢量及卫星帆板法线矢量计算确定旋转轴和旋转角，并对旋转轴进行矢量归一化；由归一化的旋转轴和旋转角计算卫星姿态四元数；以及将四元数中的矢量部分的帆板法线轴对应的矢量置零；进行奇异点处理并计算三轴控制力矩，其中所述进行奇异点处理的方法为当帆板法线与太阳矢量方向相反，由此计算得到卫星姿态四元数为全零时，对旋转轴置非零矢量，即旋转轴选择与星体帆板法线垂直且与星体另外两轴夹角相同的方向，并由此计算卫星姿态四元数，其中，所述计算三轴控制力矩进一步包括：计算实际姿态角速度与期望姿态角速度之间的偏差角速度；采用PD控制计算控制力矩；对三轴控制力矩进行限幅，包括根据仅含“二轴”信息的姿态四元数进行二轴控制力矩限幅；再根据期望的最大转动角速度，对三轴控制力矩进行二次限幅；以及控制力矩分配及控制力矩矢量限幅。