CN109018433A - 基于角位移传感器的推力器推力在轨高精度标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于角位移传感器的推力器推力在轨高精度标定方法，包括以下步骤：步骤一，使用高精度角位移传感器采集推力器在轨工作时的卫星三轴角位移数据，包含开启和关闭全过程，并下传至地面处理；步骤二，根据高精度角位移传感器下传卫星三轴角位移数据计算卫星三轴姿态角速度、角加速度；步骤三，通过建立卫星姿态动力学方程，将发射前测得的推力器在卫星上的安装位置、角度及卫星的转动惯量作为已知量，根据步骤二获得的卫星三轴角速度及角加速度可以计算得出推力器的在轨推力。本发明可以进行推力器在轨推力高精度标定，保证高精度遥感卫星在轨使用过程中卫星姿态控制精度和成像质量。

Description

基于角位移传感器的推力器推力在轨高精度标定方法

技术领域

本发明涉及一种标定方法，具体地，涉及一种基于角位移传感器的推力器推力在轨高精度标定方法。

背景技术

对于卫星等空间飞行器而言，推力器为主要的姿态控制部件，其在轨推力精度直接影响卫星姿态控制效果。在轨已多次出现因推力器推力值估计错误造成卫星姿态控制异常，甚至发生卫星在轨解体的事件；由于推力器开启与关闭依靠电磁阀的张合实现，在开启和关闭过程中推力将产生非线性波动，这种现象对高精度遥感卫星姿态控制及遥感成像造成不利影响，且该波动由于持续时间较短(小于10ms)，常规姿态敏感器(测量带宽小于20Hz)很难进行测量，需使用高精度高采样频率的传感器进行精确标定(角位移传感器测量频率范围2Hz～400Hz，角位移传感器测量精度优于0.006″)；电磁阀的张合实现推力器开启与关闭，其张合过程中的动态数据是寿命预估的重要参数，只有使用高精度高采用频率传感器才能对其进行长期监视，提高寿命预估精度。因此，采用一种基于角位移传感器的推力器推力在轨高精度标定方法，显得至关重要。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于角位移传感器的推力器推力在轨高精度标定方法，其实现推力器在轨推力高精度标定，保证高精度遥感卫星在轨使用过程中卫星姿态控制精度和成像质量；通过对推力器开启及关闭过程中的推力变化分析，可以进行推力器工作性能退化评估，预测推力器工作寿命。

根据本发明的一个方面，提供一种基于角位移传感器的推力器推力在轨高精度标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，使用高精度角位移传感器采集推力器在轨工作时的卫星三轴角位移数据，包含开启和关闭全过程，并下传至地面处理；

步骤二，根据高精度角位移传感器下传卫星三轴角位移数据计算卫星三轴姿态角速度、角加速度；

步骤三，通过建立卫星姿态动力学方程，将发射前测得的推力器在卫星上的安装位置、角度及卫星的转动惯量作为已知量，根据步骤二获得的卫星三轴角速度及角加速度可以计算得出推力器的在轨推力。

优选地，步骤三包括以下步骤：

步骤三十一：建立卫星姿态动力学方程，如下式：

其中，J为卫星转动惯量，通过地面测试获得，如下式：

为卫星角加速度矢量，通过角位移传感器在轨测量获得，如下式：

为推力器距离卫星质心的位移，通过地面测试获得，在卫星三轴的分量如下式：

为推力器的推力矢量，其在卫星三轴的推力分离与安装角度有关，其三轴分量如下：

F为推力器推力值，所求目标值；α、β为推力器在卫星上的安装角度；

步骤三十二：根据角位移传感器在轨测量数据，进行推力器推力值解算；得到以下公式：

从而可以获得推力器含开启和关闭全过程推力值F(i)。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明实现推力器在轨推力高精度标定，保证高精度遥感卫星在轨使用过程中卫星姿态控制精度和成像质量；通过对推力器开启及关闭过程中的推力变化分析，可以进行推力器工作性能退化评估，预测推力器工作寿命。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明基于角位移传感器的推力器推力在轨高精度标定方法的流程图。

图2为推力器推力值与三轴之间的关系示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明基于角位移传感器的推力器推力在轨高精度标定方法包括以下步骤：

步骤一，使用高精度角位移传感器采集推力器在轨工作时的卫星三轴角位移数据包含开启和关闭全过程，并下传至地面处理；

步骤二，根据高精度角位移传感器下传卫星三轴角位移数据计算卫星三轴姿态角速度角加速度

使用差分法可以获得卫星三轴姿态角速度、角加速度，如下式(1)和(2)：

其中，为角位移传感器下传的第i个采样点数据；Δt为两个采样点之间的间隔。

步骤三，通过建立卫星姿态动力学方程，将发射前测得的推力器在卫星上的安装位置、角度及卫星的转动惯量作为已知量，根据步骤二获得的卫星三轴角速度及角加速度可以计算得出推力器的在轨推力；步骤三包括以下步骤：

步骤三十一：建立卫星姿态动力学方程，如下式(3)：

其中，J为卫星转动惯量，通过地面测试获得，如下式(4)：

为卫星角加速度矢量，通过角位移传感器在轨测量获得，如下式(5)：

为推力器距离卫星质心的位移，通过地面测试获得，在卫星三轴的分量如下式(6)：

为推力器的推力矢量，其在卫星三轴的推力分离与安装角度有关，其三轴分量如下(7)：

F为推力器推力值，所求目标值；α、β为推力器在卫星上的安装角度，与三轴间关系如图2所示。

步骤三十二：根据角位移传感器在轨测量数据，进行推力器推力值解算。

将式(2)、(4)～(7)代入式(3)，可以得到以下公式(8)：

从而可以获得推力器含开启和关闭全过程推力值F(i)。

本发明可以进行推力器在轨推力高精度标定，保证高精度遥感卫星在轨使用过程中卫星姿态控制精度和成像质量；通过对推力器开启及关闭过程中的推力变化分析，可以进行推力器工作性能退化评估，预测推力器工作寿命。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (2)

1.一种基于角位移传感器的推力器推力在轨高精度标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，使用高精度角位移传感器采集推力器在轨工作时的卫星三轴角位移数据，包含开启和关闭全过程，并下传至地面处理；

步骤二，根据高精度角位移传感器下传卫星三轴角位移数据计算卫星三轴姿态角速度、角加速度；

步骤三，通过建立卫星姿态动力学方程，将发射前测得的推力器在卫星上的安装位置、角度及卫星的转动惯量作为已知量，根据步骤二获得的卫星三轴角速度及角加速度可以计算得出推力器的在轨推力。

2.根据权利要求1所述的基于角位移传感器的推力器推力在轨高精度标定方法，其特征在于，步骤三包括以下步骤：

步骤三十一：建立卫星姿态动力学方程，如下式：

其中，J为卫星转动惯量，通过地面测试获得，如下式：

为卫星角加速度矢量，通过角位移传感器在轨测量获得，如下式：

为推力器距离卫星质心的位移，通过地面测试获得，在卫星三轴的分量如下式：

为推力器的推力矢量，其在卫星三轴的推力分离与安装角度有关，其三轴分量如下：

F为推力器推力值，所求目标值；α、β为推力器在卫星上的安装角度；

步骤三十二：根据角位移传感器在轨测量数据，进行推力器推力值解算；得到以下公式：

从而可以获得推力器含开启和关闭全过程推力值F(i)。