CN106708072A - 一种天基望远镜高精度姿态确定与控制方法 - Google Patents

一种天基望远镜高精度姿态确定与控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种天基望远镜高精度姿态确定与控制方法，采用望远镜测光与星敏感器测量数据联合，结合陀螺测量的速度信息，实现姿态的高精度测量；姿态测量数据传递给卡尔曼滤波器，实现姿态的高精度估计；控制器给出磁浮机构、飞轮的控制律，实现姿态的高精度控制。本发明提供了能够实现天基望远镜的高精度姿态确定与控制，从而提高天基望远镜的成像质量，具有工程应用价值。

Description

一种天基望远镜高精度姿态确定与控制方法
技术领域
本发明涉及航天器领域，具体涉及一种天基望远镜高精度姿态确定与控制方法。
背景技术
系外行星作为典型探测对象，承载着发现宜居星球及系外生命的重要意义，是当前研究的热点与重点。发展精细光谱测量技术，建设大型空间望远镜，研究系外行星大气，精细刻画系外行星物理和化学特性，以更高的精度、更大的深度、更强的力度持续开展系外类地行星的发现与探索。
然而，系外行星探测对天基望远镜的精度、稳定度提出了更高的要求，目前传统控制方法无法满足现有空间科学探测需求。为此，亟需开展天基望远镜高精度姿态确定与控制方法研究。本发明涉及一种运用载荷图像及磁浮隔振技术的天基望远镜高精度姿态确定与控制方法，可满足未来空间探测任务需求，为空间科学卫星高精度姿态确定与控制提供了良好的技术手段。
发明内容
为了解决天基望远镜高精度姿态确定与控制问题，本发明的目的在于提供一种运用载荷图像及磁浮隔振技术的天基望远镜高精度姿态确定与控制方法，利用本发明，可满足未来空间探测任务需求。
本发明具体采用以下技术方案：
一种天基望远镜高精度姿态确定与控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、引入望远镜恒星测光数据，联合高精度星敏感器，结合陀螺测量的速度信息，达到亚角秒级的姿态确定精度，实现天基望远镜的高精度姿态测量；
S2、姿态测量数据传递给估计器，采用扩展卡尔曼等滤波算法实现天基望远镜姿态的高精度估计；
S3、控制器处理来自望远镜测光数据、星敏感器和陀螺的姿态测量信息以及卫星轨道数据进行姿态确定，按一定的控制律形成控制指令发送给执行机构，使其产生所需的控制力矩以消除姿态误差；
S4、采用磁浮机构实现天基望远镜平台与载荷的隔离，利用磁浮实现动静隔离，从根本上切断传递路径，实现天基望远镜的高精度姿态控制；
S5、天基望远镜在控制力矩和环境力矩的共同作用下，形成闭环控制系统，最终实现高精度姿态确定与控制。
优选地，运用载荷图像，利用望远镜恒星测光数据，联合星敏感器测量数据，实现天基望远镜的高精度姿态测量。
优选地，陀螺和星敏感器构成姿态敏感器。
优选地，采用磁浮机构作为天基望远镜执行机构，从物理上直接隔离高频微振动，彻底消除平台产生的微振动对载荷精度、稳定度的影响。
优选地，不同于传统飞轮、推力器等执行机构，磁浮机构是基于匀强磁场设计的直线电机，具有推力均匀、动作速度快，控制精度高的优点。
优选地，天基望远镜采用动静隔离非接触、主动协同高精度的双超平台技术，载荷与平台之间通过磁浮机构连接，从而完全隔离平台微振动对载荷图像的影响。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种运用载荷图像及磁浮隔振技术的天基望远镜高精度姿态确定与控制方法，能够实现天基望远镜的高精度姿态确定与控制，从而提高天基望远镜的成像质量，可满足未来空间探测任务需求，具有工程应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例一种天基望远镜高精度姿态确定与控制方法的方法框图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本发明实施例提供了一种天基望远镜高精度姿态确定与控制方法，包括如下步骤：
S1、引入望远镜恒星测光数据，联合高精度星敏感器，结合陀螺测量的速度信息，达到亚角秒级的姿态确定精度，实现天基望远镜的高精度姿态测量；
S2、姿态测量数据传递给估计器，采用扩展卡尔曼等滤波算法实现天基望远镜姿态的高精度估计；
S3、控制器处理来自望远镜测光数据、星敏感器和陀螺的姿态测量信息以及卫星轨道数据进行姿态确定，按一定的控制律形成控制指令发送给执行机构，使其产生所需的控制力矩以消除姿态误差；
S4、采用磁浮机构实现天基望远镜平台与载荷的隔离，利用磁浮实现动静隔离，从根本上切断传递路径，实现天基望远镜的高精度姿态控制；
S5、天基望远镜在控制力矩和环境力矩的共同作用下，形成闭环控制系统，最终实现高精度姿态确定与控制。
运用载荷图像，利用望远镜恒星测光数据，联合星敏感器测量数据，实现天基望远镜的高精度姿态测量。
陀螺和星敏感器构成姿态敏感器。
采用磁浮机构作为天基望远镜执行机构，从物理上直接隔离高频微振动，彻底消除平台产生的微振动对载荷精度、稳定度的影响。
不同于传统飞轮、推力器等执行机构，磁浮机构是基于匀强磁场设计的直线电机，具有推力均匀、动作速度快，控制精度高的优点。
天基望远镜采用动静隔离非接触、主动协同高精度的双超平台技术，载荷与平台之间通过磁浮机构连接，从而完全隔离平台微振动对载荷图像的影响。
本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种天基望远镜高精度姿态确定与控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、引入望远镜恒星测光数据，联合高精度星敏感器，结合陀螺测量的速度信息，达到亚角秒级的姿态确定精度，实现天基望远镜的高精度姿态测量；
S2、姿态测量数据传递给估计器，采用滤波算法实现天基望远镜姿态的高精度估计；
S3、控制器处理来自望远镜测光数据、星敏感器和陀螺的姿态测量信息以及卫星轨道数据进行姿态确定，按一定的控制律形成控制指令发送给执行机构，使其产生所需的控制力矩以消除姿态误差；
S4、采用磁浮机构实现天基望远镜平台与载荷的隔离，利用磁浮实现动静隔离，从根本上切断传递路径，实现天基望远镜的高精度姿态控制；
S5、天基望远镜在控制力矩和环境力矩的共同作用下，形成闭环控制系统，最终实现高精度姿态确定与控制。
2.如权利要求1所述的一种天基望远镜高精度姿态确定与控制方法，其特征在于：运用载荷图像，利用望远镜恒星测光数据，联合星敏感器测量数据，实现天基望远镜的高精度姿态测量。
3.如权利要求1所述的一种天基望远镜高精度姿态确定与控制方法，其特征在于：陀螺和星敏感器构成姿态敏感器。
4.如权利要求1所述的一种天基望远镜高精度姿态确定与控制方法，其特征在于：采用磁浮机构作为天基望远镜执行机构，从物理上直接隔离高频微振动。
5.如权利要求4所述的一种天基望远镜高精度姿态确定与控制方法，其特征在于：磁浮机构是基于匀强磁场设计的直线电机。
6.如权利要求1所述的一种运用载荷图像及磁浮隔振技术的天基望远镜高精度姿态确定与控制方法，其特征在于：天基望远镜采用动静隔离非接触、主动协同高精度的双超平台技术，载荷与平台之间通过磁浮机构连接。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109781103A (zh) * 2019-01-14 2019-05-21 上海卫星工程研究所 基于双超平台的姿态角速度测量方法及系统
CN111268173A (zh) * 2020-02-21 2020-06-12 中国科学院空间应用工程与技术中心 用于构建空间望远镜阵列的卫星及控制方法
CN112461511A (zh) * 2020-11-10 2021-03-09 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 浮空平台望远镜指向获取方法、装置、设备及存储介质
CN113325483A (zh) * 2021-04-23 2021-08-31 上海卫星工程研究所 一种天基多模式系外类地行星综合探测方法及系统
CN114167459A (zh) * 2021-11-01 2022-03-11 武汉大学 一种高精度智能遥感小卫星的实现方法
CN116500779A (zh) * 2023-04-27 2023-07-28 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于天基平台与周转旋镜联动的高频宽幅成像方法
CN116500779B (zh) * 2023-04-27 2024-04-26 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于天基平台与周转旋镜联动的高频宽幅成像方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060085130A1 (en) * 2004-10-18 2006-04-20 Trex Enterprises Corporation Daytime stellar imager for attitude determination
CN101696885A (zh) * 2009-11-05 2010-04-21 中国人民解放军国防科学技术大学 一种提高星敏感器数据处理精度的方法
CN102542750A (zh) * 2010-12-10 2012-07-04 上海卫星工程研究所 低轨光学成像卫星的数据传输系统
CN103235597A (zh) * 2013-04-09 2013-08-07 北京理工大学 一种航天器的快速姿态机动快速稳定联合控制方法
CN104129509A (zh) * 2014-05-14 2014-11-05 上海卫星工程研究所 随动跟踪型动静隔离式双超卫星平台及工作模式实现方法
CN104483899A (zh) * 2014-11-12 2015-04-01 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 臂式空间天文望远镜的惯性指向控制方法及控制系统
CN104477410A (zh) * 2014-11-03 2015-04-01 上海卫星工程研究所 动静隔离主从协同控制的双超卫星平台
CN104973268A (zh) * 2015-07-27 2015-10-14 中国人民解放军国防科学技术大学 航天器控制力矩陀螺的高频微振动隔离装置
CN105035361A (zh) * 2015-07-31 2015-11-11 上海卫星工程研究所 动静隔离、主从协同控制超高指向精度、超高稳定度卫星
US9217643B1 (en) * 2009-01-08 2015-12-22 Trex Enterprises Corp. Angles only navigation system
CN105501466A (zh) * 2015-11-30 2016-04-20 上海卫星工程研究所 一种主从协同非接触式卫星平台及其控制系统和控制方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060085130A1 (en) * 2004-10-18 2006-04-20 Trex Enterprises Corporation Daytime stellar imager for attitude determination
US9217643B1 (en) * 2009-01-08 2015-12-22 Trex Enterprises Corp. Angles only navigation system
CN101696885A (zh) * 2009-11-05 2010-04-21 中国人民解放军国防科学技术大学 一种提高星敏感器数据处理精度的方法
CN102542750A (zh) * 2010-12-10 2012-07-04 上海卫星工程研究所 低轨光学成像卫星的数据传输系统
CN103235597A (zh) * 2013-04-09 2013-08-07 北京理工大学 一种航天器的快速姿态机动快速稳定联合控制方法
CN104129509A (zh) * 2014-05-14 2014-11-05 上海卫星工程研究所 随动跟踪型动静隔离式双超卫星平台及工作模式实现方法
CN104477410A (zh) * 2014-11-03 2015-04-01 上海卫星工程研究所 动静隔离主从协同控制的双超卫星平台
CN104483899A (zh) * 2014-11-12 2015-04-01 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 臂式空间天文望远镜的惯性指向控制方法及控制系统
CN104973268A (zh) * 2015-07-27 2015-10-14 中国人民解放军国防科学技术大学 航天器控制力矩陀螺的高频微振动隔离装置
CN105035361A (zh) * 2015-07-31 2015-11-11 上海卫星工程研究所 动静隔离、主从协同控制超高指向精度、超高稳定度卫星
CN105501466A (zh) * 2015-11-30 2016-04-20 上海卫星工程研究所 一种主从协同非接触式卫星平台及其控制系统和控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨照金 等: "《工程光学计量测试技术概论》", 29 February 2016, 国防工业出版社 *
汪春霆 等: "《卫星通信系统》", 30 September 2012, 国防工业出版社 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109781103A (zh) * 2019-01-14 2019-05-21 上海卫星工程研究所 基于双超平台的姿态角速度测量方法及系统
CN111268173A (zh) * 2020-02-21 2020-06-12 中国科学院空间应用工程与技术中心 用于构建空间望远镜阵列的卫星及控制方法
CN111268173B (zh) * 2020-02-21 2021-05-11 中国科学院空间应用工程与技术中心 用于构建空间望远镜阵列的卫星及控制方法
CN112461511A (zh) * 2020-11-10 2021-03-09 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 浮空平台望远镜指向获取方法、装置、设备及存储介质
CN112461511B (zh) * 2020-11-10 2022-03-25 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 浮空平台望远镜指向获取方法、装置、设备及存储介质
CN113325483A (zh) * 2021-04-23 2021-08-31 上海卫星工程研究所 一种天基多模式系外类地行星综合探测方法及系统
CN114167459A (zh) * 2021-11-01 2022-03-11 武汉大学 一种高精度智能遥感小卫星的实现方法
CN116500779A (zh) * 2023-04-27 2023-07-28 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于天基平台与周转旋镜联动的高频宽幅成像方法
CN116500779B (zh) * 2023-04-27 2024-04-26 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于天基平台与周转旋镜联动的高频宽幅成像方法

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