CN106500730A - 基于线阵地球敏感器可变轨道地球模拟器的姿态模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于线阵地球敏感器可变轨道地球模拟器的姿态模拟方法,首先设置地球红外边界辐射模拟单元中热板和冷光阑的温差，从而获得地球边界红外辐射，计算不同轨道高度对应的地平圆张角，再通过计算弧摆台A、B、C和D的运动角度及弧摆台A、B、C和D的相对运动角度控制弧摆台旋转，从而实现不同姿态的模拟。本发明优点在于：有效解决了线阵地球敏感器地面可变轨道姿态测试问题，为线阵地球敏感器提供了一种的地面测试手段。

Description

基于线阵地球敏感器可变轨道地球模拟器的姿态模拟方法

技术领域

本发明涉及星载地球敏感器的地面检测技术，特别是指一种适用于线列阵静态地球敏感器的地球模拟器姿态模拟方法，它适用于对线列阵静态地球敏感器的地面检测时的姿态模拟。

背景技术

地球敏感器，是基于地球红外辐射敏感原理的卫星姿态光学敏感器，可用于航天器相对于地球局地垂线的俯仰、滚动姿态角信号的测量、初始状态时航天器对地球的捕获和稳态运行时航天器的姿态控制。

根据地球敏感器内部是否含机械扫描机构，可分为扫描式和静态两类：其中扫描式又可分为圆锥扫描式(单圆锥、双圆锥)和摆动扫描式两种，而静态则分为线阵和面阵两种。

其中线阵地球敏感器中探测器位于光学系统的焦平面上，属于凝视型结构。当航天器运行于地球上空时，从太空航天器上观察地球时，得到相当于在4K冷背景中的一个平均亮温约为220K～240K的圆盘，圆盘的边缘称为地平圆。航天器运行于地球上空时，地球敏感器通过线列阵红外探测器检测地平圆的4个方位上14μm～16.25μm波段的地球红外辐射能量，确定线列阵红外探测器对应地平圆4个点的方位角位置，根据之间的几何关系，实现对卫星姿态的测量，得到卫星相对于地球当地垂线的俯仰角和滚动角。

因线列阵地球敏感器在轨观测对象为地球，地面无法直接进行验证试验。为了保证在轨的正常、正确使用，地面对地球敏感器进行性能测试是必然的。所以设计线阵地球敏感器地球模拟器(模拟光信号，提高光激励源)，用以匹配相应地球敏感器的测试和使用需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于线阵地球敏感器可变轨道地球模拟器的姿态模拟方法。

一种基于线阵地球敏感器可变轨道地球模拟器，包括四个地球边界红外辐射模拟单元、四个姿态模拟单元、升降单元和系统控制单元。通过系统控制单元4控制升降单元3带动红外地球敏感器升降，模拟不同轨道高度的姿态变化，通过系统控制单元4控制姿态模拟单元2带动地球红外辐射模拟单元1进行旋转，模拟不同姿态的角度变化，从而实现在线列阵红外地球敏感器用于可变轨道不同姿态角度的地面测试及标校。

一种基于线阵地球敏感器可变轨道地球模拟器的姿态模拟方法的具体实现方法如下：

(1)设置地球边界红外辐射模拟单元热板与冷光阑的温差T；

(2)分别计算轨道高度为H时的地平圆张角θ_H和标称轨道高度为H₀时的地平圆张角θ_H0；，θ(H)＝2×arcsin(6371+40)/(6371+H),其中H表示轨道高度；

(3)计算弧摆台A的运动角度θ_A，其中P为要模拟的俯仰姿态角，R为要模拟的滚动姿态角；

(4)计算弧摆台B的运动角度θ_B，

(5)计算弧摆台C的运动角度θ_C，

(6)计算弧摆台D的运动角度θ_D，

(7)计算弧摆台A的相对运动角度并控制弧摆台运动，Δθ_A＝θ_A-θ_A0+θ_H-θ_H0，其中θ_A0为弧摆台A的初始运动角度零位；

(8)计算弧摆台B的相对运动角度并控制弧摆台运动，Δθ_B＝θ_B-θ_B0+θ_H-θ_H0，其中θ_B0为弧摆台B的初始运动角度零位；

(9)计算弧摆台C的相对运动角度并控制弧摆台运动，Δθ_C＝θ_C-θ_C0+θ_H-θ_H0，其中θ_C0为弧摆台C的初始运动角度零位；

(10)计算弧摆台A的相对运动角度并控制弧摆台运动，Δθ_D＝θ_D-θ_D0+θ_H-θ_H0，其中θ_D0为弧摆台D的初始运动角度零位。

有效解决了线阵地球敏感器地面不同轨道姿态测试问题，为线阵地球敏感器提供了一种的地面测试手段。

附图说明

图1为本发明地球模拟器的结构图。

图2为本发明模拟方法流程图。

具体实施方式

下面通过实施例及附图对本发明作进一步的详细说明。

1、首先要模拟空间地球红外辐射；通过电加热方式并利用温度控制器控制地球红外辐射模拟单元中的热板和冷板的温差为T＝33.5°；

2、轨道高度100公里，地平圆张角为164.38°；

3、初始姿态(俯仰姿态角P＝0°和滚动姿态角R＝0°)下，四个弧摆台的运动角度均为0°；

4、进行俯仰姿态角P＝5°和滚动姿态角R＝-5°的姿态模拟，根据姿态模拟方法中提出的计算公式，得出四个弧摆台的运动角度分别为：

5、根据姿态模拟方法中提出的计算公式，得出四个弧摆台所需的旋转角度分别为：Δθ_A＝7.07107；Δθ_B＝0.00000；Δθ_C＝-7.07107；Δθ_D＝0.00000。

通过系统控制单元为处理器控制四个弧摆台分别旋转上述角度来实现地球模拟器对姿态的模拟。

如上所述的实施例仅为了说明本发明的技术思想，其目的在于使本领域的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本专利的范围并不仅局限于上述具体实施例，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍涵盖在本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于线阵地球敏感器可变轨道地球模拟器的姿态模拟方法，所述的基于线阵地球敏感器可变轨道地球模拟器包括四个地球边界红外辐射模拟单元、四个姿态模拟单元、升降单元和系统控制单元，通过系统控制单元(4)控制升降单元(3)带动红外地球敏感器升降，模拟不同轨道高度的姿态变化，通过系统控制单元(4)控制姿态模拟单元(2)带动地球红外辐射模拟单元(1)进行旋转，模拟不同姿态的角度变化，从而实现在线列阵红外地球敏感器用于可变轨道不同姿态角度的地面测试及标校；其特征在于所述的姿态模拟方法步骤如下：

1)设置地球边界红外辐射模拟单元热板与冷光阑的温差T；

2)分别计算轨道高度为H时的地平圆张角θ_H和标称轨道高度为H₀时的地平圆张角θ_H0；，

θ(H)＝2×arcsin(6371+40)/(6371+H),

其中H表示轨道高度；

3)计算弧摆台A的运动角度θ_A，

${\mathrm{\θ}}_A=\sqrt{2}*(P-R)/2,$

其中P为要模拟的俯仰姿态角，R为要模拟的滚动姿态角；

4)计算弧摆台B的运动角度θ_B，

${\mathrm{\θ}}_B=\sqrt{2}*(-P-R)/2;$

5)计算弧摆台C的运动角度θ_C，

${\mathrm{\θ}}_C=\sqrt{2}*(-P+R)/2;$

6)计算弧摆台D的运动角度θ_D，

${\mathrm{\θ}}_D=\sqrt{2}*(P+R)/2;$

7)计算弧摆台A的相对运动角度并控制弧摆台运动，

Δθ_A＝θ_A-θ_A0+θ_H-θ_H0，

其中θ_A0为弧摆台A的初始运动角度零位；

(8)计算弧摆台B的相对运动角度并控制弧摆台运动，Δθ_B＝θ_B-θ_B0+θ_H-θ_H0，

其中θ_B0为弧摆台B的初始运动角度零位；

9)计算弧摆台C的相对运动角度并控制弧摆台运动，

Δθ_C＝θ_C-θ_C0+θ_H-θ_H0，

其中θ_C0为弧摆台C的初始运动角度零位；

10)计算弧摆台A的相对运动角度并控制弧摆台运动，Δθ_D＝θ_D-θ_D0+θ_H-θ_H0，

其中θ_D0为弧摆台D的初始运动角度零位。