CN106647793B - 一种基于磁强计和太阳敏感器的对日定向方法 - Google Patents
一种基于磁强计和太阳敏感器的对日定向方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106647793B CN106647793B CN201710090010.2A CN201710090010A CN106647793B CN 106647793 B CN106647793 B CN 106647793B CN 201710090010 A CN201710090010 A CN 201710090010A CN 106647793 B CN106647793 B CN 106647793B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sun
- coordinate components
- sun sensor
- satellite
- attitude
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims abstract description 36
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于磁强计和太阳敏感器的对日定向方法,适用于中低轨道卫星对日定向控制,包含:S1、计算太阳矢量方位信息,包括在卫星轨道系下和卫星本体系下的坐标分量;以及计算太阳敏感器测得的两维姿态角;S2、计算地磁场矢量方位信息,包括在卫星轨道系下和卫星本体系下的坐标分量;S3、对日轴姿态计算,根据太阳和地磁场的双矢量定姿,得到对日状态下卫星本体系相对卫星轨道系的俯仰姿态;S4、以太阳敏感器测得的两维姿态角和双矢量定姿得到的俯仰姿态,作为姿态控制基准,实现对地三轴的姿态稳定控制。本发明既能保证全姿态模式下的对日定向稳定,又能保证对地三轴稳定姿态的偏差最小。
Description
技术领域
本发明涉及一种对日定向方法,具体是指一种基于磁强计和太阳敏感器的对日定向方法,适用于中低轨道零动量卫星的对日定向。
背景技术
当卫星姿态失稳后,会进入安全控制模式,此时采用太阳敏感器信息作为控制基准,使得太阳光能够正面照射卫星的太阳帆板,从而保证整个卫星的能源供应。
因为太阳敏感器只能测出两维角度,当只采用太阳敏感器信息作为控制基准时,仅能保证对日轴与太阳光平行,但是对日轴的稳定控制则缺失。针对这种情况,目前所采用的方法是使对日轴处于无控状态,或者处于慢旋状态。如此则会存在以下弊端:即对日轴姿态的随机性会导致当前卫星姿态相对轨道的角度也是任意的,如果姿态相差较大,而执行机构的控制能力有限时,重新捕获地球的时间就会相对很长,甚至需要达到上千秒。
基于上述,目前亟需提出一种新型的对日定向方法,可基于磁强计和太阳敏感器的信息解算出对日轴相对轨道系的姿态作为姿态控制基准,即保证了对日定向控制,又保证了重捕地球的姿态偏差为最小,时间为最短。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于磁强计和太阳敏感器的对日定向方法,既能保证全姿态模式下的对日定向稳定,又能保证对地三轴稳定姿态的偏差最小。
为实现上述目的,本发明提供一种基于磁强计和太阳敏感器的对日定向方法,适用于中低轨道卫星对日定向控制,包含以下步骤:
S1、计算太阳矢量方位信息,包括在卫星轨道系下和卫星本体系下的坐标分量;以及计算太阳敏感器测得的两维姿态角;
S2、计算地磁场矢量方位信息,包括在卫星轨道系下和卫星本体系下的坐标分量;
S3、对日轴姿态计算,根据太阳和地磁场的双矢量定姿,得到对日状态下卫星本体系相对卫星轨道系的俯仰姿态;
S4、以太阳敏感器测得的两维姿态角和双矢量定姿得到的俯仰姿态,作为姿态控制基准,实现对地三轴的姿态稳定控制。
所述的S1中,太阳敏感器安装在卫星的对日面上,使得太阳敏感器上的电池阵面对日设置;该电池阵面包括四片电池片。
所述的S1中,具体包含以下步骤:
S11、根据星历信息,推算太阳矢量在卫星轨道系下的坐标分量:
Suno=[Sox,Soy,Soz]T;
将所述的太阳矢量在卫星轨道系下的坐标分量记为v1;
S12、根据太阳敏感器信息,计算太阳矢量在卫星本体系下的坐标分量。
所述的S12中,具体包含以下步骤:
S121、计算太阳敏感器测得的两维姿态角:
其中,ia、ib、ic、id分别为四片电池片受太阳光照射所产生的电流大小;
S122、计算太阳矢量在卫星本体系下的坐标分量:
将所述的太阳矢量在卫星本体系下的坐标分量记为r1。
所述的S2中,具体包含以下步骤:
S21、根据星历信息,通过磁场公式推算地磁场矢量在卫星轨道系下的坐标分量Bo,记为v2;
S22、根据磁强计信息,计算地磁场矢量在卫星本体系下的坐标分量Bb,记为r2。
所述的S3中,具体包含以下步骤:
S31、根据太阳矢量在卫星本体系下的坐标分量r1,以及地磁场矢量在卫星本体系下的坐标分量r2,建立坐标系:
S32、根据太阳矢量在卫星轨道系下的坐标分量v1,以及地磁场矢量在卫星轨道系下的坐标分量v2,建立坐标系:
S33、计算卫星本体系相对卫星轨道系的姿态矩阵Ab←o:
Ab←o=RVT;
S34、计算俯仰姿态角θcal:
θcal=arctan(-Axz,Azz);
其中,Axz和Azz分别为姿态矩阵Ab←o中的第一行第三个元素和第三行第三个元素。
所述的S4中,将太阳敏感器测得的两维姿态角ψs,以及通过双矢量定姿得到的俯仰姿态角θcal作为控制系统的姿态基准角度输入项,实现对地三轴的姿态稳定控制。
本发明提供的基于磁强计和太阳敏感器的对日定向方法,在满足太阳敏感器的电池阵面对日安装的同时,还增加了对日轴的姿态计算,并与太阳敏感器测得的两维姿态角作为姿态控制的输入角度。因此,本发明方法既能保证全姿态模式下的对日定向稳定,又能保证对地三轴稳定姿态的偏差最小。
附图说明
图1为本发明中的基于磁强计和太阳敏感器的对日定向的姿态示意图;
图2为本发明中的太阳敏感器的测角示意图。
具体实施方式
以下结合图1和图2,详细说明本发明的一个优选实施例。
如图1所示,为本发明所提供的基于磁强计和太阳敏感器的对日定向方法,适用于中低轨道卫星对日定向控制;其中,假定对日轴为卫星本体系的-Yb轴,则太阳敏感器正面对日安装在卫星的-Yb面上。
所述的基于磁强计和太阳敏感器的对日定向方法,包含以下步骤:
S1、计算太阳矢量方位信息,包括在卫星轨道系下和卫星本体系下的坐标分量;以及计算太阳敏感器测得的两维姿态角;
S2、计算地磁场矢量方位信息,包括在卫星轨道系下和卫星本体系下的坐标分量;
S3、对日轴姿态计算,根据太阳和地磁场的双矢量定姿,得到对日状态下卫星本体系相对卫星轨道系的俯仰姿态;
S4、以太阳敏感器测得的两维姿态角和双矢量定姿得到的俯仰姿态,作为姿态控制基准,实现对地三轴的姿态稳定控制。
所述的S1中,具体包含以下步骤:
S11、根据星历信息,推算太阳矢量在卫星轨道系下的坐标分量:
Suno=[Sox,Soy,Soz]T;
将所述的太阳矢量在卫星轨道系下的坐标分量记为v1;
S12、根据太阳敏感器信息,计算太阳矢量在卫星本体系下的坐标分量。
所述的S12中,具体包含以下步骤:
S121、如图2所示,计算得到太阳敏感器测得的两维姿态角:
其中,ia、ib、ic、id分别为设置在太阳敏感器对日面上的电池片a、b、c、d受太阳光照射所产生的电流大小;
S122、计算太阳矢量在卫星本体系下的坐标分量:
将所述的太阳矢量在卫星本体系下的坐标分量记为r1。
所述的S2中,具体包含以下步骤:
S21、根据星历信息,通过磁场公式推算地磁场矢量在卫星轨道系下的坐标分量Bo,记为v2;
S22、根据磁强计信息,计算地磁场矢量在卫星本体系下的坐标分量Bb,记为r2。
所述的S3中,具体包含以下步骤:
S31、根据太阳矢量在卫星本体系下的坐标分量r1,以及地磁场矢量在卫星本体系下的坐标分量r2,建立坐标系:
S32、根据太阳矢量在卫星轨道系下的坐标分量v1,以及地磁场矢量在卫星轨道系下的坐标分量v2,建立坐标系:
S33、计算卫星本体系相对卫星轨道系的姿态矩阵Ab←o:
Ab←o=RVT;
S34、计算俯仰姿态角θcal:
θcal=arctan(-Axz,Azz);
其中,Axz和Azz分别为姿态矩阵Ab←o中的第一行第三个元素和第三行第三个元素。
所述的S4中,将太阳敏感器测得的两维姿态角ψs,以及通过双矢量定姿得到的俯仰姿态角θcal作为控制系统的姿态基准角度输入项,实现对地三轴的姿态稳定控制。
本发明提供的基于磁强计和太阳敏感器的对日定向方法,在满足太阳敏感器的电池阵面对日安装的同时,还增加了对日轴的姿态计算,并与太阳敏感器测得的两维姿态角作为姿态控制的输入角度。因此,本发明方法既能保证全姿态模式下的对日定向稳定,又能保证对地三轴稳定姿态的偏差最小。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (4)
1.一种基于磁强计和太阳敏感器的对日定向方法,其特征在于,适用于中低轨道卫星对日定向控制,包含以下步骤:
S1、计算太阳矢量方位信息,包括在卫星轨道系下和卫星本体系下的坐标分量;以及计算太阳敏感器测得的两维姿态角;
S2、计算地磁场矢量方位信息,包括在卫星轨道系下和卫星本体系下的坐标分量;
S3、对日轴姿态计算,根据太阳和地磁场的双矢量定姿,得到对日状态下卫星本体系相对卫星轨道系的俯仰姿态;
S4、以太阳敏感器测得的两维姿态角和双矢量定姿得到的俯仰姿态,作为姿态控制基准,实现对地三轴的姿态稳定控制;
所述的S1中,具体包含以下步骤:
S11、根据星历信息,推算太阳矢量在卫星轨道系下的坐标分量:
Suno=[Sox,Soy,Soz]T;
将所述的太阳矢量在卫星轨道系下的坐标分量记为v1;
S12、根据太阳敏感器信息,计算太阳矢量在卫星本体系下的坐标分量;具体包含以下步骤:
S121、计算太阳敏感器测得的两维姿态角:
其中,ia、ib、ic、id分别为电池片a、电池片b、电池片c和电池片d受太阳光照射所产生的电流大小;
S122、计算太阳矢量在卫星本体系下的坐标分量:
将所述的太阳矢量在卫星本体系下的坐标分量记为r1;
所述的S3中,具体包含以下步骤:
S31、根据太阳矢量在卫星本体系下的坐标分量r1,以及地磁场矢量在卫星本体系下的坐标分量r2,建立坐标系:
S32、根据太阳矢量在卫星轨道系下的坐标分量v1,以及地磁场矢量在卫星轨道系下的坐标分量v2,建立坐标系:
S33、计算卫星本体系相对卫星轨道系的姿态矩阵Ab←o:
Ab←o=RVT;
S34、计算俯仰姿态角θcal:
θcal=arctan(-Axz,Azz);
其中,Axz和Azz分别为姿态矩阵Ab←o中的第一行第三个元素和第三行第三个元素。
2.如权利要求1所述的基于磁强计和太阳敏感器的对日定向方法,其特征在于,所述的S1中,太阳敏感器安装在卫星的对日面上,使得太阳敏感器上的电池阵面对日设置;该电池阵面包括四片电池片。
3.如权利要求2所述的基于磁强计和太阳敏感器的对日定向方法,其特征在于,所述的S2中,具体包含以下步骤:
S21、根据星历信息,通过磁场公式推算地磁场矢量在卫星轨道系下的坐标分量Bo,记为v2;
S22、根据磁强计信息,计算地磁场矢量在卫星本体系下的坐标分量Bb,记为r2。
4.如权利要求3所述的基于磁强计和太阳敏感器的对日定向方法,其特征在于,所述的S4中,将太阳敏感器测得的两维姿态角ψs,以及通过双矢量定姿得到的俯仰姿态角θcal作为控制系统的姿态基准角度输入项,实现对地三轴的姿态稳定控制。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710090010.2A CN106647793B (zh) | 2017-02-20 | 2017-02-20 | 一种基于磁强计和太阳敏感器的对日定向方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710090010.2A CN106647793B (zh) | 2017-02-20 | 2017-02-20 | 一种基于磁强计和太阳敏感器的对日定向方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106647793A CN106647793A (zh) | 2017-05-10 |
CN106647793B true CN106647793B (zh) | 2019-11-05 |
Family
ID=58845572
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710090010.2A Active CN106647793B (zh) | 2017-02-20 | 2017-02-20 | 一种基于磁强计和太阳敏感器的对日定向方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106647793B (zh) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107215482A (zh) * | 2017-06-06 | 2017-09-29 | 上海航天控制技术研究所 | 利用磁强计信息实现喷气速率阻尼的方法 |
CN110775302B (zh) * | 2019-09-24 | 2021-02-09 | 北京控制工程研究所 | 一种基于太阳帆板输出电流信息的应急对日方法 |
CN111123961B (zh) * | 2019-12-11 | 2023-08-08 | 上海卫星工程研究所 | 基于约束分析的双矢量夹角限制范围确定方法及系统 |
CN112061424B (zh) * | 2020-07-16 | 2022-04-12 | 北京控制工程研究所 | 一种基于融合目标姿态的机动过程能源角动态跟踪方法 |
CN112208797B (zh) * | 2020-10-22 | 2022-07-01 | 上海卫星工程研究所 | 深空探测器二维天线电轴方向标定期间的姿态控制方法及系统 |
CN112977889B (zh) * | 2021-03-19 | 2022-08-30 | 航天科工空间工程发展有限公司 | 一种基于太阳敏感器和地球敏感器的卫星姿态捕获方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104097793A (zh) * | 2014-06-24 | 2014-10-15 | 上海微小卫星工程中心 | 一种卫星零动量磁控太阳捕获装置及方法 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100451898C (zh) * | 2005-12-14 | 2009-01-14 | 上海微小卫星工程中心 | 微小卫星的姿态控制方法及系统 |
CN101093397B (zh) * | 2006-06-23 | 2011-07-20 | 航天东方红卫星有限公司 | 基于星上网的卫星姿态和轨道控制系统 |
CN101173858B (zh) * | 2007-07-03 | 2010-06-02 | 北京控制工程研究所 | 一种月面巡视探测器的三维定姿与局部定位方法 |
CN102538786B (zh) * | 2012-01-16 | 2014-12-24 | 浙江大学 | 用于微小卫星的全视场太阳敏感装置及方法 |
FR2994287B1 (fr) * | 2012-08-03 | 2016-11-04 | Thales Sa | Dispositif et procede pour desorbitation de satellite |
CN102980585B (zh) * | 2012-12-28 | 2014-04-30 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种模拟式太阳敏感器及方法 |
CN103092209B (zh) * | 2013-01-30 | 2013-10-16 | 北京控制工程研究所 | 一种基于动量轮控制的全姿态捕获方法 |
CN104252137B (zh) * | 2014-09-01 | 2018-05-08 | 深圳航天东方红海特卫星有限公司 | 一种微小卫星通用在轨上注最小系统 |
CN105136140B (zh) * | 2015-09-24 | 2017-12-22 | 北京控制工程研究所 | 一种用于双轴微型模拟式太阳敏感器的光电组件 |
CN105444760B (zh) * | 2015-11-30 | 2018-05-01 | 北京控制工程研究所 | 一种基于光伏微能量收集的太阳敏感器 |
CN105928508A (zh) * | 2016-04-22 | 2016-09-07 | 西北工业大学 | 一种基于自主供电的组网式无线太阳敏感器系统 |
-
2017
- 2017-02-20 CN CN201710090010.2A patent/CN106647793B/zh active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104097793A (zh) * | 2014-06-24 | 2014-10-15 | 上海微小卫星工程中心 | 一种卫星零动量磁控太阳捕获装置及方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106647793A (zh) | 2017-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106647793B (zh) | 一种基于磁强计和太阳敏感器的对日定向方法 | |
Springmann et al. | The attitude determination system of the RAX satellite | |
Fadly et al. | Deterministic and recursive approach in attitude determination for InnoSAT | |
Sun et al. | Spatial distribution of Mercury's flux ropes and reconnection fronts: MESSENGER observations | |
CN105667838B (zh) | 一种皮纳卫星的模块化姿态确定与控制装置及其方法 | |
CN100356139C (zh) | 用于微小卫星的微型组合姿态测量系统 | |
Svartveit | Attitude determination of the NCUBE satellite | |
Förster et al. | Upper atmosphere differences between northern and southern high latitudes: The role of magnetic field asymmetry | |
Appel | Attitude estimation from magnetometer and earth-albedo-corrected coarse sun sensor measurements | |
Burton et al. | Online attitude determination of a passively magnetically stabilized spacecraft | |
Springmann et al. | On-orbit calibration of photodiodes for attitude determination | |
Karpenko et al. | One-axis attitude of arbitrary satellite using magnetorquers only | |
CN105956233A (zh) | 太阳同步轨道卫星单视场星敏感器安装指向设计方法 | |
Palmroth et al. | Preliminary testing of global hybrid-Vlasov simulation: Magnetosheath and cusps under northward interplanetary magnetic field | |
CN113955152B (zh) | 一种星体对日定向控制方法 | |
Bhanderi | Spacecraft attitude determination with Earth albedo corrected Sun sensor measurements | |
Ovchinnikov et al. | New one-axis one-sensor magnetic attitude control theoretical and in-flight performance | |
Chiesi et al. | Run-time detection and correction of heliostat tracking errors | |
Billett et al. | Ionospheric energy input in response to changes in solar wind driving: Statistics from the SuperDARN and AMPERE campaigns | |
Vega et al. | Design and modeling of an active attitude control system for CubeSat class satellites | |
CN102053622A (zh) | 用于偏置动量微小卫星章进动控制的方法 | |
CN108639385A (zh) | 一种无基准最简姿控系统快速稳定控制的实现方法 | |
CN106595657B (zh) | 轴对称飞行器姿态测量装置及其测量方法 | |
Safin | On the scattering of a longitudinally polarized electron by a polarized proton target | |
KR101505866B1 (ko) | 자장 센서 바이어스 보정 장치 및 이를 이용한 바이어스 보정 방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |